Chuyên Đề Minh giải địa chấn 3D trong thăm dò dầu khí

Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


147
Chơng 6
Địa chấn 3 chiều (3D)


Trong những năm qua, phơng pháp địa chấn đợc tiến hành theo
từng tuyến và thu đợc các lát cắt địa chấn dọc theo các tuyến, đó là
phơng pháp địa chấn 2D (Two- Dimensional Seismic). Phơng pháp này
đợc áp dụng rộng rãi và cho phép phát hiện nhiều mỏ dầu khí trên thế
giới. Tuy nhiên lát cắt địa chấn chỉ là lát cắt thẳng đứng, trong khi đó các
đối tợng địa chất là các vật thể 3 chiều rất đa dạng trong không gian, ví
dụ nh các nếp lồi, nếp lõm, đứt gãy, bất chỉnh hợp, bẫy dầu khí Chính
vì vậy, trong điều kiện địa chất phức tạp thì kết quả tài liệu địa chấn 2D
có hạn chế và không phản ánh chính xác cấu trúc địa chất thực tế, điều
này đòi hỏi phải áp dụng địa chấn 3D (Three- Dimensional Seismic).
Địa chấn 3D là phơng pháp địa chấn phản xạ đợc tiến hành khi
phát và thu sóng đồng thời trên nhiều tuyến, vì vậy có thể khảo sát nghiên
cứu môi trờng địa chất trong không gian 3 chiều.
Phơng pháp địa chấn 3D có nhiều u điểm hơn so với địa chấn 2D,
cho phép tăng tỷ số tín hiệu/nhiễu, tăng độ chính xác và độ tỷ mỷ trong giải
quyết các nhiệm vụ địa chất. Phơng pháp địa chấn 3D cho phép thu đợc
lát cắt thẳng đứng dọc theo các tuyến có các phơng vị khác nhau (tuyến
dọc theo tuyến phát sóng, tuyến ngang thẳng góc với tuyến phát sóng, tuyến
dich dắc qua các giếng khoan ), các bình đồ thời gian nằm ngang ở các
chiều sâu khác nhau (time slice), cho phép tăng hiệu ứng thống kê (do tăng
số mạch cộng), tăng hiệu ứng định hớng (do kéo dài khoảng cách thu
phát), khắc phục ảnh hởng do cáp thu bị lệch hớng, tăng độ chính xác
hiệu chỉnh dịch chuyển địa chấn

6.1. sự phát triển của địa chấn 3d
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật ghi số và các phơng pháp xử lý
số liệu hiện đại, từ những năm 70 các nhà địa vật lý đã quan tâm đến nghiên
cứu địa chấn trong không gian 3 chiều và đến nay phơng pháp địa chấn 3D
đã có bớc phát triển rất nhanh chóng.
Năm 1970, Walton đã nêu quan điểm về địa chấn 3D. Năm 1975 lần
đầu tiên tiến hành khảo sát địa chấn 3D và sau đó năm 1976 Bone, Giles và
Tegland đã giới thiệu công nghệ mới về địa chấn 3D ra thế giới. Từ năm
1977, Tegland đã sử dụng địa chấn 3D phục vụ việc phát triển mỏ
(Brown,1986; Tegland, 1977; walton, 1972)
Mai Thanh Tân

148
Các kết quả thực tế nhiều năm qua chứng minh rằng khảo sát địa
chấn 3D cho kết quả về địa chất rõ ràng, chính xác và có hiệu quả kinh tế
cao, cho phép giảm bớt các giếng khoan không cần thiết, tăng trữ lợng
khai thác trên cơ sở phát hiện các tầng chứa bị bỏ sót.
Việc áp dụng địa
chấn 3D không chỉ đợc quan tâm trong giai đoạn tìm kiếm thăm dò mà cả
trong các giai đoạn khai thác và phát triển mỏ.
Hiện nay hầu nh trên 80% chi phí của thăm dò địa chấn trên thế giới
đợc đầu t cho địa chấn 3D. Giá thành địa chấn 3D rẻ hơn so với chịu phí
tổn cho một giếng khoan khô. Sự khác biệt về giá thành so với địa chấn 2D
chắc chắn sẽ giảm xuống khi đồng thời thực hiện các tuyến nổ song song và
xử lý các tuyến ngang mà không cần các tuyến nổ.
Một số hình ảnh về không gian 3 chiều khi tiến hành địa chấn 3D, so
sánh lát cắt và bình đồ thời gian đợc mô tả trên hình 6.1, 6.2, 6.3.
ở Việt nam, các bể trầm tích liên quan đến tiềm năng dầu khí có đặc
điểm cấu trúc địa chất rất phức tạp, phơng pháp địa chấn 3D đã đợc áp
dụng từ những năm đầu 90 nhằm nâng cao hiệu quả thăm dò tỷ mỷ và phục

vụ đánh giá trữ lợng dầu khí ở các vùng mỏ thuộc bể Cửu Long, Nam Côn
Sơn, Malay- Thổ Chu Khối lợng thăm dò địa chấn 2D và 3D ở nớc ta từ
những 1988 đến 2004 đợc minh hoạ trên hình 1.5 (chơng 1)

Hình 6.1. Các yếu tố ngoài lát cắt thẳng đứng ảnh hởng đến
kết quả thu sóng trên tuyến (trong địa chấn 2 chiều)
Thu và
p
hát són
g
2D Thu són
g
3D
Giếng khoan khô
Lát cắt địa
chấn 2D
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


149


Hình 6.2. Hình ảnh khảo sát địa chấn 3 chiều trên biển


Hình 6.3. Lát cắt thẳng đứng và bình đồ thời gian trong địa chấn 3D.
a. Mô hình khối; b. Bình đồ thời gian (time slice) và các lát cắt thẳng đứng
6.2. công tác thu nổ thực địa của địa chấn 3d
Hầu hết các thao tác thực địa của việc thu nhận tài liệu địa chấn
2D đều có thể áp dụng cho địa chấn 3D. Các yếu tố nh thiết bị hàng

hải, các thiết bị ghi, độ sâu mực nớc biển, điều kiện thuỷ triều, dòng
chảy, các hoạt động hàng hải, đánh bắt hải sản cũng nh các trở ngại
khác nh hoạt động của các dàn khoan, các công trình biển đều phải
a b
Mai Thanh Tân

150
đợc chú ý và tính toán đầy đủ vì chúng sẽ ảnh hởng đến việc thiết kế
mạng lới bố trí nguồn nổ và thu hợp lý.
6.2.1. Bố trí tuyến nổ và thu
Khác với địa chấn 2D chỉ cần thu nổ trên cùng tuyến, trong địa chấn
3D cần thu nổ đồng thời trên nhiều tuyến khác nhau.
Trong khảo sát địa chấn 3D có thể sử dụng một tàu với 1 hoặc 2
nguồn nổ và một số cáp thu. Có thể bố trí đồng thời 2 tàu với số nguồn nổ
và cáp thu tăng lên. Trên hình 6.4a mô tả hình ảnh bố trí thu nổ khi sử dụng
1 tàu với số nguồn nổ và số cáp thu khác nhau, hình 6.4h là hình ảnh bố trí
2 tàu với 4 nguồn nổ, 4 tuyến thu đồng thời.


Hình 6.4. Thăm dò địa chấn với số tuyến phát và thu khác nhau:
a. 1 tuyến phát và thu (địa chấn 2D); b. 2 tuyến phát 1 tuyến thu, c. 1 tuyến phát 2
tuyến thu; d. 2 tuyến phát 2 tuyến thu, e. 1 tuyến phát 3 tuyến thu; g. 2 tuyến phát 3
tuyến thu; h. 2 tàu, 4 tuyến phát và 4 tuyến thu
a
b c d
n
g
uồn
cá
p

nguồn
cáp
e
g
h
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


151
6.2.2. Bề rộng vùng khảo sát
Nếu mặt ranh giới cần khảo sát nằm ngang thì diện tích mặt ranh giới
cần khảo sát chính bằng diện tích tiến hành khảo sát trên mặt. Tuy nhiên,
khi trong môi trờng có mặt ranh giới nghiêng thì diện tích mặt ranh giới
cần khảo sát sẽ nhỏ hơn so với và diện tích khu vực khảo sát.
Trên hình 6.5a chỉ ra trên lát cắt địa chấn, tơng ứng với khoảng nổ
AB có yếu tố phản xạ CD nằm trên mặt ranh giới. Bề rộng của vùng cần
quan tâm là khoảng OA. Tuy nhiên do yếu tố phản xạ đợc biểu diễn theo
chiều thẳng đứng mà không phải theo hớng thẳng góc với mặt ranh giới nên
yếu tố phản xạ đợc thể hiện thành đoạn CD không đúng với vị trí thực của nó
(ngời ta gọi là hiện tợng dịch chuyển địa chấn). Nếu chiều dài tuyến giới hạn
trong đoạn OA thì trên lát cắt không ghi đợc tín hiệu từ CD vì tín hiệu này
đợc ghi trên đoạn AB. Mặt khác, nếu việc ghi sóng chỉ giới hạn trong đoạn
AB, thì sau dịch chuyển về vị thí thực, yếu tố CD sẽ mất trên lát cắt, nh vậy
tuyến cần đủ dài hơn OB (hình 6.5b).
Ngoài bề dài của tuyến, lát cắt cần có thời gian ghi đủ lớn để đủ
ghi các mặt phản xạ nghiêng cần quan tâm. Nếu chỉ ghi trong đoạn OE
thì chỉ nhận đợc tín hiệu từ đoạn CD và sau dịch chuyển chỉ phản
ánh trên lát cắt một phần của đoạn CD mà thôi (hình 6.5b). Chiều dài
tuyến và thời gian ghi phụ thuộc vào tốc độ trung bình và chiều sâu của

các yếu tố phản xạ. Chính vì vậy, so với diện tích mặt ranh giới cần
nghiên cứu thì khu vực khảo sát trên bề mặt rộng hơn.
Thí dụ một hình ảnh minh hoạ so sánh diện tích vùng khảo sát trên
mặt và diện tích ranh giới đợc khảo sát thể hiện trên hình 6.6.
6.2.3. Khoảng cách giữa các mạch ghi
Giả sử xét tia sóng đến mặt quan sát có góc nghiêng và quan sát
đợc tại 2 điểm A và B có khoảng cách là x. Sự chênh lệch thời gian t
giữa 2 mạch A và B do sự chênh lệch quãng đờng truyền sóng CB gây ra
(hình 6.7). Ta có:

x2
t.
sin



=

Nếu sự chênh lệch thời gian t bằng nửa chu kỳ thì
x.4
T.
sin


=

Đòi hỏi tần số cực đại tránh hiện tợng ảnh ảo là T =1/ f
max
nên

x.f.4
sin
max


=
hay



=
sin.x.4
f
max

Nh vậy khi tốc độ càng thấp, góc nghiêng và khoảng cách x tăng
thì tần số f
max
càng giảm.
Mai Thanh Tân

152

Hình 6.5. Lát cắt có mặt ranh giới nghiêng CD (a), và dịch chuyển từ
vị trí CD trên lát cắt về vị trí thực CD (b)

Hình 6.6. Diện tích vùng khảo sát trên mặt và diện tích mặt ranh giới


Diện tích vùng khảo sát trên mặt

B












Diện tích vùng nghiên cứu mặt ranh giới
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


153

Hình 6.7. Sơ đồ để tính khoảng cách

x.
6.3. Xử lý số liệu địa chấn 3D
Hầu hết các khái niệm xử lý tài liệu địa chấn 2D đợc áp dụng cho
xử lý tài liệu địa chấn 3D, tuy nhiên khối lợng tính toán và mức độ phức
tạp tăng lên rất nhiều. Trong quá trình xử lý địa chấn 3D cần tăng cờng
các khâu phân tích tốc độ, cộng sóng và dịch chuyển.
ở giai đoạn tiền xử lý cần loại bỏ các mạch có mức nhiễu cao, hiệu
chỉnh sự lan rộng mặt sóng, lọc ngợc và hiệu chỉnh tĩnh.
6.3.1. Cộng sóng theo tập hợp điểm giữa chung

Trong xử lý địa chấn 2D, các mạch địa chấn đợc cộng theo điểm
giữa chung, còn trong xử lý địa chấn 3D do nổ và thu trên các tuyến khác
nhau nên cần tiến hành cộng sóng theo một tập hợp các điểm giữa chung
nằm trong một ô diện tích hình chữ nhật. Số lợng các điểm giữa chung
trong các ô có khác nhau tuỳ thuộc vào kích thớc ô chữ nhật và số lần bội
khi cộng sóng. Ngời ta gọi các ô chữ nhật này là ô nhỏ chung (common-
cell) (hình 6.8).
Trong thực tế kích thớc của các ô này theo hớng tuyến bằng nửa
khoảng cách giữa các nhóm máy thu (tơng đơng khoảng cách giữa các
điểm giữa chung trong xử lý 2D) và kích thớc theo hớng ngang bằng
khoảng cách giữa các tuyến.
Việc cộng sóng trong địa chấn 3 chiều theo tập hợp các điểm trong
một ô có diện tích nh vậy có hiệu quả cao hơn nhiều so với cộng sóng theo
từng điểm giữa chung trong địa chấn 2D và hạn chế đợc ảnh hớng sự lệch
cáp so với tuyến.
Trên hình 6.8 chỉ ra một ô nhỏ hình chữ nhật đợc tách ra từ sự mô
tả chung. Khoảng cách giữa các tuyến là 50m và khoảng cách giữa các máy
thu là 25m. Kích thớc của ô nhỏ theo hớng tuyến là 12,5m và theo hớng
Mai Thanh Tân

154
thẳng góc là 50m. Trên hình vẽ thể hiện một ô nhỏ chứa điểm giữa chung
của 6 tuyến khác nhau trong trờng hợp cáp thu bị lệch nhng góc trôi của
cáp không đổi.
Trong thực tế, sự phân bố các điểm giữa trong ô nhỏ chung thờng
không đồng nhất vì dạng của cáp thay đổi từ điểm này sang điểm khác. Có
thể các điểm chung này tập trung ở một phần trong ô nhỏ mà không nhất
thiết ở tâm của ô. Sự phân bố và mật độ các điểm giữa có thể thay đổi từ
điểm này sang điểm khác. Các ô khác nhau có thể có số lợng điểm giữa
và mức độ phân bố đồng nhất khác nhau.

Cần lu ý rằng sự không đồng nhất về số lần bội trong khu vực khảo
sát có ảnh hởng tới việc đánh giá tốc độ và biểu đồ cộng sóng.
Sự điều chỉnh mạng lới tuyến thích hợp cũng có thể góp phần làm
tăng tính đồng nhất của sự phân bố các điểm giữa trong mỗi ô nhỏ, tăng
sự đồng nhất số lần bội khi công sóng. Khi mở rộng kích thớc ô nhỏ theo
hớng ngang cũng cần thiết cho sự đồng nhất số lần bội và tăng số điểm
giữa từ các ô bên cạnh.
Nh đã nêu ở trên, vùng tập trung các điểm giữa có thể không trùng
với tâm của diện tích ô nhỏ, khi đó nên cộng theo vùng tập trung điểm giữa
hơn là theo tâm của ô. Sự không đều đặn của các điểm cộng cũng gây nên
sự không đều đặn khi cộng các mạch theo hớng ngang. Việc nội suy để tạo
ra các mạch ngang hợp lý là rất cần thiết đối với dịch chuyển 3D.

a b
Hình 6.8. Hình ảnh các tuyến phát sóng (a) và các ô điểm giữa chung (b)
Điểm nổ



50m

25m
Tuyến nổ 3
Tuyến nổ 2
Tu
y
ến nổ 1
Ô
nhỏ n
g

hiên cứu
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


155
6.3.2. Khắc phục ảnh hởng của sự lệch tuyến.
Khi đo địa chấn biển, trong quá trình tàu chạy kéo theo hệ thống cáp
thu dài 2 3km. Do ảnh hởng của dòng chảy mà cáp thu bị lệch đi so với
hớng thiết kế (hình 6.9). Tuỳ vào điều kiện cụ thể mà độ lệch này thay đổi
rất khác nhau. Ví dụ cáp dài 3km thì nếu tuyến bị lệch đi 10
0
cũng làm cho
phần cuối của cáp lệch đi so với hớng tuyến thiết kế đến 530m. Vì có sự
thay đổi hình dạng của cáp thu trong quá trình tàu chạy nên vị trí các điểm
giữa của cáp cũng bị thay đổi không đều đặn. Chính sự sai lệch vị trí điểm
giữa này mà gây ra sai số khi xử lý số liệu.
Trong quá trình xử lý tài liệu địa chấn 2D cần tập hợp các mạch
theo điểm sâu chung, điều này đòi hỏi các điểm nổ và thu đối xứng
nhau qua điểm giữa. Vì vậy khi vị trí điểm giữa bị sai lệch thì kết quả
cộng điểm sâu chung sẽ bị ảnh hởng và kết quả là việc xác định vị
trí mặt ranh giới sẽ thiếu chính xác. Trong địa chấn 3D, các mạch địa
chấn đợc cộng theo tập hợp các điểm giữa chung trong diện tích một ô chữ
nhật nên khắc phục đợc nhợc điểm này.

Hình 6.9. Hình ảnh cáp thu bị lệch khỏi tuyến do dòng chảy
Việc chọn các ô nhỏ còn có vấn đề cần lu ý là do cáp bị trôi nên
biểu đồ thời khoảng bị lệch khỏi dạng hypecbol. Giả sử cáp rất thẳng nhng
bị lệch so với tuyến một góc trôi không đổi, khi đó sự phân bố điểm giữa
trong ô nhỏ đợc minh họa trên hình 6.8b, ở đây góc trôi là 10
0

.
Chúng ta xét mô hình có chứa mặt ranh giới nghiêng 30
0
và tốc độ
trong môi trờng không đổi. Trên hình 6.10 chỉ ra dạng biểu đồ thời khoảng
tơng ứng với 3 hớng nổ khác nhau, dọc theo đờng phơng, theo hớng
45
0
so với hớng dốc và theo đờng hớng dốc. Cần lu ý rằng, số liệu từ
các tuyến nổ khác nhau đợc ghi ở các điểm khác nhau trên biểu đồ thời
khoảng. Khi các điểm giữa tập trung ở tâm ô nhỏ thi biểu đồ thời khoảng
Mai Thanh Tân

156
có dạng hypecbol lý tởng (cáp không trôi). Khi góc nghiêng của mặt ranh
giới tăng lên và cáp bị trôi thì dạng biểu đồ thời khoảng cũng khác dạng
hypecbol lý tởng. Sự lệch biểu đồ thời khoảng càng lớn khi nổ theo đờng
phơng. Đặc biệt chúng có ảnh hởng khi tốc độ thấp và khảo sát nông.

a b c
Hình 6.10. Sự lệch biểu đồ thời khoảng so với dạng hypecbon do lệch cáp
a. Tuyến theo đờng phơng; b. Tuyến tạo với đờng phơng 45
0;

c. Tuyến theo đờng hớng dốc.
Nếu tiến hành cộng các ô nhỏ chung dọc theo đờng hypecbol thì sẽ
làm mất thành phần tần cao. Câu hỏi đặt ra là cần cắt tần cao do sự phân tán
của các điểm giữa theo hớng tuyến ngang trong mỗi ô nhỏ nh thế nào?
Bằng cách xác định đợc sự khác biệt về thời gian giữa hypecbol lý tởng
và biểu đồ thời khoảng thực (hình 6.10), có thể vẽ đợc biểu đồ sai lệch thời

gian (hình 6.11a) và phổ biên độ (hình 6.11b). Lu ý rằng tần cao đợc cắt
ở mức biên độ là 6 dB tơng ứng với tần số 70 Hz. Tần số cắt phụ thuộc vào
góc nghiêng của mặt ranh giới, thời gian phản xạ và tốc độ.
Nói tóm lại, sự trôi cáp do dòng chảy tạo nên sự phân tán các điểm
giữa theo hớng thẳng góc với tuyến trong mỗi ô. Nếu hớng nổ theo đờng
phơng thì tập hợp những ô chung sẽ có dạng sai lệch so với hypecbol lý
tởng. Điều này làm giảm biên độ trong quá trình cộng và có tác dụng nh
một bộ lọc tần cao.
Có một số cách khác nhau để hạn chế sự sai lệch theo tuyến ngang.
Cách đơn giản nhất nhng cũng là đắt nhất là thu hẹp kích thớc của ô theo
chiều ngang, nghĩa là khoảng cách giữa các tuyến phải hẹp lại. Có thể hạn
chế sự sai lệch theo tuyến ngang này một cách rẻ hơn (nhng không thật
tốt) bằng cách hiệu chỉnh điểm giữa chung. Hiệu chỉnh này cho phép vẽ
BĐTK với tất cả các điểm giữa đợc tập trung ở tâm của ô.
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


157

Hình 6.11. Biểu đồ sai lệch thời gian của biểu đồ thời khoảng so với
dạng hypecbol theo tuyến ngang (a), phổ biên độ tơng ứng (b)

Quá trình này đòi hỏi phải xác định độ dốc và tốc độ theo tài liệu địa
chấn hoặc mô hình địa chất. Vấn đề này đợc minh họa trên hình 6.12.
Trên hình vẽ chỉ ra ô nhỏ chứa 48 điểm giữa từ 5 tuyến nổ khác nhau nhng
cùng một hớng. Trong mô hình có mặt ranh giới ngiêng, góc nghiêng theo
tuyến ngang là 30
0
và theo tuyến dọc là 45
0

. Sự không liên tục của BĐTK
đợc chỉ ra trên hình 6.12b. Các điểm giữa từ mỗi tuyến nổ trong số 5 tuyến
nổ đợc xác định trên các điểm khác nhau A,B,C,D,E, của BĐTK. Nếu các
BĐTK là đờng hypecbol và áp dụng hiệu chỉnh động thì ta có biểu đồ trên
hình 6.9c. Việc cộng theo hypecbol sẽ làm giảm tần cao nh đã nêu ở hình
6.11. Tuy nhiên nếu tiến hành hiệu chỉnh vị trí các điểm giữa thì BĐTK sẽ
tốt hơn (hình 6.12d) và khi hiệu chỉnh động sẽ cho chất lợng cao hơn (hình
6.12e) vì không còn sự lệch theo tuyến ngang.
Có thể giải quyết vấn đề sai lệch theo tuyến ngang bằng cách kết hợp
nổ và thu theo các hớng khác nhau. Thí dụ trên hình 6.13, ở đó ô nhỏ có
chứa điểm giữa từ 5 tuyến khác nhau, trong đó có 2 tuyến theo cùng
hớng (mạch 29 - 48) và 3 tuyến nổ còn lại theo hớng khác (mạch 1 - 28).
Việc nổ theo các hớng đối xứng nhau sẽ làm tăng góc trôi 2 lần. Mặc dù
có hiệu chỉnh sự phân tán các điểm giữa nhng vẫn còn sự gián đoạn dọc
theo BĐTK đợc hiệu chỉnh (hình 6.13d) do sự thay đổi phơng vị nổ và
thu. Nh vậy việc hiệu chỉnh động không chỉ phụ thuộc góc dốc của mặt
ranh giới mà còn phụ thuộc vào góc phơng vị của tuyến so với đờng
hớng dốc. Sử dụng giá trị tốc độ khác nhau để hiệu chỉnh động cho phần A
và B (hình 6.13d) thì sẽ cho kết quả nh trên hình 6.13e.
Sau khi đã lựa chọn các tập hợp ô nhỏ và xác định tốc độ thì không
còn sự khác nhau giữa xử lý 2D và 3D. Trong xử lý 2D, một số tập hợp các
Số điểm giữa
Công suất
Mai Thanh Tân

158
điểm giữa chung lân cận cũng đợc sử dụng để phân tích tốc độ nhằm tăng
tỷ số tín hiệu/nhiễu. Tơng tự nh vậy, một số tập hợp các ô nhỏ chung,
thờng là 5 theo tuyến dọc và 5 theo tuyến ngang với tổng số là 25 ô đợc
sử dụng trong phân tích tốc độ.

Hình 6.12. Hiệu chỉnh động (từ 5 tuyến nổ cùng hớng)
a.Ô nhỏ chung chứa các điểm giữa từ 5 tuyến khác nhau, b. Biểu đồ thời
khoảng tơng ứng; c. Biểu đồ thời khoảng sau hiệu chỉnh động; d. Biểu đồ
thời khoảng có hiệu chỉnh vị trí các điểm giữa; e. Kết quả hiệu chỉnh động từ
biểu đồ thời khoảng d
Thời gian (sec)
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


159

Hình 6.13. Hiệu chỉnh động (từ 5 tuyến nổ khác hớng)
a. Ô nhỏ chung chứa các điểm giữa từ 5 tuyến theo 2 hớng khác nhau
b, d. Biểu đồ thời khoảng trớc và sau khi hiệu chỉnh vị trí các điểm giữa
c, e. Kết quả sau hiệu chỉnh động tơng ứng.

Cũng nh trong phân tích địa chấn 2D, phân tích tốc độ trong địa
chấn 3D cũng đợc tiến hành trong khoảng nửa km dọc theo tuyến đợc
chọn và các tuyến cách nhau nửa km. Sự thay đổi cấu trúc địa chất cũng là
Thời gian (sec)
Mai Thanh Tân

160
dấu hiệu cần thiết để phân tích tốc độ. Kết quả phân tích tốc độ ở các điểm
kiểm tra đựợc lựa chọn và sử dụng để xác định trờng tốc độ cho tất cả các
ô nhỏ của vùng nghiên cứu. Sự nội suy 3D của hàm tốc độ giữa các điểm
kiểm tra sẽ giúp cho việc xác định trờng tốc độ hoàn chỉnh.
Trong quá trình xử lý địa chấn 3D, ngoài việc cho các lát cắt thời
gian (thẳng đứng) theo các tuyến dọc (hớng tàu chạy), hớng ngang và

hớng dích dắc bất kỳ, còn thu đợc các bình đồ thời gian. Bình đồ thời
gian là lát cắt thời gian nằm ngang ở các mức chiều sâu khác nhau (tơng
ứng với các mức thời gian truyền sóng khác nhau). Nghiên cứu sự thay đổi
bình đồ thời gian ở các mức khác nhau cho phép làm sáng tỏ đặc điểm cấu
tạo của vùng nghiên cứu. Hình ảnh các lát cắt thời gian thẳng đứng đợc
minh họa trên các hình 6.25, 6.27. Hình ảnh bình đồ thời gian (time slice)
đợc minh hoạ trên hình 6.26, 6.28, 6.29
6.3.3. Dịch chuyển địa chấn 3D
Nh đã trình bày trong mục 4.7 (chơng 4), trong thăm dò địa chấn
nếu mặt ranh giới không nằm ngang thì vị trí ranh giới xác định theo độ sâu
tiếng vang (vuông góc với mặt ranh giới) lại đợc biểu diễn theo phơng
thẳng đứng nên sẽ sai lệch so với vị trí thực. Để giải quyết vấn đề này, cần
tiến hành dịch chuyển địa chấn nhằm dịch chuyển vị trí mặt ranh giới về
đúng vị trí thực của nó. Trên hình 6.14a minh hoạ mặt ranh giới bị nâng lên
hoặc tạo ra hiện tợng thắt nút (hình 6.14b) trên lát cắt nếu không tiến hành
dịch chuyển địa chấn.

Trong địa chấn 2D việc dịch chuyển địa chấn chỉ đúng khi tuyến
quan sát nằm theo đờng hớng dốc của mặt ranh giới. Nếu tuyến nằm theo
hớng khác thì dịch chuyển địa chấn ít tác dụng vì yếu tố phản xạ nằm
ngoài lát cắt. Trong môi trờng địa chất phức tạp và tuyến quan sát có
hớng bất kỳ dịch chuyển địa chấn 2D bị hạn chế và điều này cần đợc
khắc phục trong phơng pháp địa chấn 3 chiều.


Hình 6.14.
Hình ảnh vị trí mặt ranh giới phản xạ bị sai lệch nếu
không dịch chuyển địa chấn và vị trí thực sau khi dịch chuyển địa chấn.
a. Mặt ranh giới nông hơn thực tế, b. Xuất hiện hiện tợng thắt nút
Sau dịch chu

y
ển
b

Trớc dịch chu
y
ể
n

Sau dịch chu
y
ển
Trớc dịch chu
y
ể
n
a
c
hu
y
ển
c
hu
y
ển
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


161
Để làm sáng tỏ sự cần thiết phải áp dụng địa chấn 3D, chúng ta xét

mô hình biểu diễn trên hình 6.15, trong mô hình này tồn tại một mặt ranh
giới phẳng nghiêng

Tuyến A Tuyến C Tuyến B

Hình 6.15. Mô hình môi trờng có một mặt ranh giới nghiêng
trong không gian 3 chiều
Khi quan sát dọc theo đờng hớng dốc (tuyến A) các yếu tố phản xạ
đều nằm trong lát cắt thẳng đứng đi qua tuyến, không có yếu tố nào bên ngoài
lát cắt ảnh hởng đến quá trình dịch chuyển 2D do đó các giả thiết về ranh giới
cần xác định là chính xác. Sau dịch chuyển địa chấn, điểm D tởng nh nằm
trên mặt ranh giới đợc dịch chuyển đến vị trí thực D (hình 6.16a).
Xét tuyến B dọc theo đờng phơng (thẳng góc với đờng hớng dốc và
cắt tuyến A tại điểm M). Sóng phản xạ tại điểm D trên mặt ranh giới đều
đợc ghi trên giao điểm X của 2 tuyến. Tuy nhiên, trên tuyến B điểm phản xạ
nằm ngoài lát cắt thẳng đứng nên sau khi dịch chuyển vị trí D vẫn giữ
nguyên, nghĩa là mặt cắt trớc và sau dịch chuyển 2D không có gì thay đổi.
Khi liên kết tuyến A và tuyến B sau dịch chuyển vẫn có sai lệch (hình 6.16b).


Hình 6.16. Dịch chuyển địa chấn theo tuyến A (a) và theo tuyến B (b)
sai lệch
D
D

x
M
T
uyến B
T

uyến A

T
rớc và sau dịch chuyển Trớc dịch chuyển
Sau dịch chuyển

a b
M
D
x
Mai Thanh Tân

162
Một số hình ảnh các yếu tố phản xạ nằm ngoài lát cắt khi tuyến bố
trí theo hớng uốn nếp đợc minh hoạ trên các hình 6.17a và 6.17b. Rõ
ràng các ranh giới thể hiện trên lát cắt địa chấn 2 chiều không phản ảnh
đúng ranh giới thực.

a b
Hình 6.17. Các yếu tố phản xạ nằm ở sờn nếp uốn ngoài lát cắt qua tuyến
a. Tuyến song song với sờn nếp uốn; b. Ttuyến không song song với sờn nếp uốn
Các bề mặt ranh giới thờng có các hớng dốc khác nhau và hớng tuyến
thờng là bất kỳ. Ví dụ tuyến C (hình 6.15) có góc dốc biểu kiến nhỏ hơn góc dốc
thực. Nh vậy, sau khi dịch chuyển, tuỳ theo hớng tuyến khác nhau mà điểm D
đợc dịch chuyển về các vị trí khác nhau. Trên tuyến A có vị trí thực là D trên
tuyến B vị trí D vẫn giữ nguyên và trên tuyến C điểm D đợc chuyển về D.
Một sự dịch chuyển khác theo hớng thẳng góc với tuyến C sẽ cho phép dịch
chuyển D về D là điểm phản xạ thực trên mặt ranh giới (hình 6.18)

Hình 6.18. Dịch chuyển điểm D theo các hớng tuyến khác nhau

A A
B
B
Phản xạ phía ngoài tuyến
Phản xạ tthực
Phản xạ phía
ngoài tuyến
Phản xạ thực
D
D
D
Tuyến A
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


163
Nh vậy, nếu chỉ tiến hành địa chấn 2 chiều (theo tuyến) thì việc xác
định vị trí mặt ranh giới theo các hớng tuyến khác nhau sau khi địch
chuyển địa chấn có kết quả khác nhau, điều này gây khó khăn rất lớn khi
liên kết tài liệu và hạn chế độ chính xác khi xây dựng bản đồ, đặc biệt là
những vùng có cấu trúc địa chất phức tạp.
Khi áp dụng địa chấn 3D, với việc quan sát nhiều tuyến trong không
gian, các thông tin đợc phản ánh trên cả tuyến dọc và tuyến ngang với
mạng lới tuyến rất dày (thí dụ 25ì25m) cho phép không những hạn chế tối
đa các loại nhiễu mà còn có thể khắc phục những hạn chế nêu trên. So với
dịch chuyển 2D thì dịch chuyển địa chấn 3D có độ chính xác cao hơn
Chúng ta cần làm sáng tỏ thêm một số đặc điểm cọng sóng trong địa
chấn3D. Trên hình 6.19 cho thấy, trớc hết ngời ta cộng theo hypecbol trong
lát cắt dọc theo hớng y (hớng tuyến dọc) và biên độ đợc cộng lại đặt ở đỉnh
hypecbol nh A

0
, A
1
, A
2
và A
3
. Bớc tiếp theo là cộng biên độ theo hypecbol
chứa các đỉnh hypecbol này và đặt kết quả ở đỉnh hypecbol là A
0
.
Trong máy tính, quá trình này bao gồm 2 bớc dịch chuyển 2D, bớc
thứ nhất là dịch chuyển tuyến dọc, bớc thứ hai là biến đổi kết quả từ bớc
một và dịch chuyển theo hớng tuyến ngang. Thông thờng trớc khi tiến
hành bớc hai, cần nội suy số liệu theo hớng tuyến ngang để loại trừ ảnh ảo
do tần cao.

Hình 6.19. Mô hình cộng sóng theo cả hớng x và y trong địa chấn 3D
Để hiểu cơ sở của dịch chuyển 3D, chúng ta xét một điểm trong môi
trờng có tốc độ không đổi, BĐTK trong khảo sát 2D là hypecbol. Hình ảnh
hypecbol trong không gian đợc mô tả trên hình 6.19a. Dịch chuyển 2D cho
phép cộng biên độ dọc theo các hypecbol tán xạ và kết quả là xác định đợc
Mai Thanh Tân

164
đỉnh hypecbol. ý tởng này có thể mở rộng đối với 3D. Dịch chuyển 3D
cho phép cộng biên độ trên mặt hypecbol và kết quả đợc xác định ở đỉnh
của mặt hypecbol (hình 6.19a). Trong dịch chuyển 2D, số lợng các mạch
đợc cộng lại trong quá trình dịch chuyển cho một điểm là 300 giá trị, còn
trong dịch chuyển 3D số lợng này lên tới 70.000 giá trị.

Hình 6.20. Thí dụ mô hình tính dịch chuyển địa chấn (có 2 nếp lồi và 1 đứt gãy)


Hình 6.21. So sánh kết quả xử lý theo mô hình (hình 6.20)
a. Không dịch chuyển; b. Dịch chuyển 2D; c. Dịch chuyển 3D
Lát cắt địa chấn
t
uyến 6
Dịch chuyển 2D
Dịch chuyển 3D
c
a
b
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


165
Chúng ta có thể xét loại mô hình phức tạp hơn (hình 6.20), có 2 nếp
lồi và 1 đứt gẫy. Giả sử tiến hành thăm dò 3D với 12 tuyến. Lát cắt theo
tuyến 6 đợc mô tả trên hình 6.21. So sánh lát cắt sau dịch chuyển 2D và
dịch chuyển 3D cho thấy chất lợng dịch chuyển 3D tốt hơn hẳn.
Một vấn đề khác cũng cần đợc quan tâm trong dịch chuyển 3D
là do có các mạch trống theo tuyến dọc nên cũng có các tuyến ngang bị
trống, khi đó cần tạo ra các tuyến nội suy thích hợp. Sơ đồ dịch chuyển
3D đợc mô tả trên hình 6.22.
Cộng 3D

Dịch chuyển 2D theo tuyến dọc

Chọn số liệu cho tuyến ngang

Dịch chuyển 2D theo tuyến ngang

Dịch chuyển 3D
Hình 6.22. Sơ đồ dịch chuyển 3D
6.4. Phân tích tài liệu địa chấn 3D
Quá trình dịch chuyển 3D tạo cơ sở cho việc phân tích mô hình địa
chất ba chiều. Để phân tích tài liệu 3D, ngời ta không chỉ sử dụng lát cắt
thẳng đứng theo tuyến dọc và tuyến ngang hoặc theo một hớng bất kỳ nào
đó mà còn cần các lát cắt nằm ngang nh bình đồ thời gian. Ngoài ra để
tăng thời gian phân tích còn cần các tham số khác nh sự liên kết các tầng
chuẩn qua đứt gãy.
Trong quá trình phân tích tài liệu địa chấn 3D, bớc đầu tiên và rất
quan trọng là phân tích lát cắt.
Việc phân tích lát cắt địa chấn đợc tiến hành bằng cách chọn các lát
cắt theo tuyến dọc và tuyến ngang. ở đây các tuyến ngang đợc xây dựng
trong quá trình xử lý mà không cần tiến hành thực địa nh tuyến dọc (dọc
theo hớng tàu chạy), xác định những hiểu biết mang tính khu vực về các
mặt ranh giới địa chất. Cần đặc biệt quan tâm đến các lát cắt theo các hớng
gần với hớng dốc để xác định mô hình cấu tạo. Có thể sử dụng bình đồ
thời gian để nghiên cứu kiểm tra mô hình cấu tạo.
Trên hình 6.23 là thí dụ so sánh bình đồ thời gian (time slice) và lát
cắt địa chấn qua các giếng khoan trong khu vực nghiên cứu.
Mai Thanh Tân

166

Hình 6.23. Mối quan hệ giữa bình đồ thời gian (time slice) và lát cắt địa
chấn:

a. Bình đồ thời gian và vị trí các giếng khoan; b. Lát cắt địa chấn đi qua
các giếng khoan tơng ứng

Trên hình 6.24 là thí dụ một bản đồ các tuyến 3D trên một vùng
đất liền. Hình 6.25 là một số lát cắt theo tuyến ngang tơng ứng, ở đấy
không biểu diễn lát cắt theo tuyến dọc vì phản ánh cấu trúc địa chất
không rõ bằng tuyến ngang. ỏ đây tồn tại 2 vòm muối ở phía tây bắc và
đông nam vùng nghiên cứu. Bình đồ thời gian đợc mô tả trên hình
6.26, trên bình đồ thể hiện một vùng trũng giữa 2 vòm muối. Ngoài ra
còn thể hiện một nếp lõm nhỏ ở nửa tây nam của vùng trũng (trên bình
đồ thời gian ở 1180 - 1500 ms) và một nếp lõm khác ở đông bắc vùng
trũng. Bớc tiếp theo của việc phân tích 3D là xác định các yếu tố cấu
tạo chính nh các đứt gãy, trục nếp lồi, nếp lõm trên bản đồ, lát cắt và
bình đồ thời gian. Trên bình đồ thời gian ở t = 1300 - 1340 ms (hình
6.26) có thể thấy góc dốc lớn tơng ứng với đặc điểm tần cao, góc dốc
thoải tơng ứng với vùng tần thấp. Yếu tố tần cao trên bình đồ thời gian
hoặc do độ dốc lớn hoặc do yếu tố tần cao theo thời gian. Nếu các
đờng đồng mức thu hẹp dần khi thời gian tăng thì đó là nếp lõm (ở thời
gian 1340 - 1400m), nếu các đờng đồng mức mở rộng khi thời gian
tăng thì đó là nếp lồi).
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


167

Hình 6.24. Bản đồ tuyến một vùng trên đất liền
(một số lát cắt thẳng đứng và bình đồ thời gian đợc mô tả trên hình 6.25 và 6.26)

Hình 6.25. Một số lát cắt tuyến ngang khi khảo sát địa chấn 3D
(vùng khảo sát theo hình 6.24)

400
360
320
280
240
200
160
120
80
40
40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
340
480
520

B
Mai Thanh Tân

168

Hình 6.26. Một số bình đồ thời gian (time slice)

(tơng ứng với vùng khảo sát hình 6.24)
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


169
Trên hình 6.27 và 6.28 nêu thí dụ một số lát cắt thẳng đứng và bình
đồ thời gian khi khảo sát địa chấn 3D ở một vùng biển. Trên các lát cắt
thẳng đứng (t=1,6 2,8s) cho thấy ở trung tâm vùng nghiên cứu tồn tại trục
cấu tạo do tăng sức căng dãn của đứt gãy. Có thể xét tầng A và B trên lát cắt
thẳng đứng. Hình thái cấu trúc tơng ứng với các tầng này thể hiện trên
bình đồ thời gian (hình 6.28) cũng thấy tồn tại trục cấu tạo và đứt gãy do
căng dãn.
Hình 6.27. Thí dụ một số lát cắt tuyến khảo sát địa chấn biển 3D
t=1,6s
t = 2,8s
Mai Thanh T©n

170

H×nh 6.28. ThÝ dô mét sè b×nh ®å thêi gian khi kh¶o s¸t ®Þa chÊn 3D víi
b−íc 24ms (t=1624- 2176ms)

H×nh 6.29. B×nh ®å thêi gian vµ kÕt qu¶ ph©n tÝch cÊu t¹o
t=1624ms
t=2008ms
t=1648ms
t=1648ms
t=1696ms
t=1720ms
t=1744ms

t=1768ms
t=1792ms
t=2032ms
t=2056ms
t=2080ms
t=2176ms
t=2152ms
t=2128ms
t=2104ms
Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí


171

Hình 6.30. So sánh bản đồ cấu tạo theo kết quả khảo sát địa chấn 2D (a)
và địa chấn 3D (b) ở một vùng vịnh Thái Lan

Hình 6.31. So sánh bản đồ cấu tạo theo kết quả khảo sát địa chấn 2D (a) và
địa chấn 3D (b) ở một vùng Chi lê (Brown,1991)
mật độ đờng đẳng trị = 10ms mật độ đờng đẳng trị = 10ms
a b
ba