Trong quá trình truyền sóng địa chấn, biên độ sóng phản xạ giảm dần khi tăng khoảng cách từ nguồn phát đến điểm thu sóng, sự suy giảm biên độ theo khoảng cách có quy luật hàm mũ nếu các mặt ranh giới có hệ số phản xạ không đổi. Tuy nhiên trong thực tế, khi có sự biến đổi phức tạp của đặc điểm môi trường liên quan đến mặt ranh giới như biến đổi thạch học, tồn tại các lỗ rỗng chứa dầu khí hoặc nước có độ bão hòa khác nhau... thì các tham số đàn hồi như modul Young, hệ số Poisson biến đổi dẫn đến hệ số phản xạ trên mặt ranh giới có sự biến đổi. Vì vậy khi tăng khoảng cách thu sóng (hay tăng góc đổ của tia sóng phản xạ), phụ thuộc vào đặc điểm biến đổi của môi trường mà biên độ sóng phản xạ không còn tuân theo quy luật suy giảm bình thường. Chính sự biến đổi bất thường này là dấu hiệu quan trọng để phát hiện sự tồn tại và đặc điểm các đối tượng cần khảo sát. Từ đó hình thành phương pháp “Biến đổi biên độ theo khoảng cách” (Amplitude Versus Offset/AVO) cho phép xác định đặc điểm môi trường (tướng đá, khí và chất lưu trong lỗ rỗng, ranh giới tiếp xúc dầu/khí, khí/nước...).

Sự biến đổi hệ số phản xạ

Sự phụ thuộc của hệ số phản xạ R vào góc đổ của tia sóng phản xạ Ɵ được xác định theo công thức:

P là hệ số cố định, đặc trưng cho hệ số phản xạ khi tia đổ thẳng góc (Ɵ=0), G và C là hệ số biến đổi khi góc đổ Ɵ > 0. G là hệ số biến đổi liên quan đến tốc độ sóng dọc và sóng ngang: ΔV_p/V_p, ΔV_s/V_s, V_s/V_p, Δρ/ρ, ρ là mật độ, C là hệ số biến đổi liên quan đến ΔV_p/V_p.

Trong thực tế thường quan tâm đến hệ số cố định P (Intercept) và hệ số biến đổi G (Gradient), đây là những thuộc tính quan trọng để nghiên cứu sự biến đổi biên độ theo khoảng cách.

Trên hình 6.1 minh họa hình ảnh tia sóng và sự biến đổi biên độ theo khoảng cách. Biên độ dương giảm dần đến khoảng cách tương ứng với góc đổ 30% thì có giá trị bằng không sau đó đổi cực và biên độ âm tăng dần. Có thể biểu diễn sự biến đổi biên độ theo khoảng cách (các tia sóng đến cùng điểm thu với góc đổ khác nhau) hoặc theo góc đổ (các tia sóng đến cùng góc đổ tại các điểm thu khác nhau). Hình ảnh sự biến đổi biên độ theo khoảng cách và theo góc đổ được thể hiện trên hình 6.2.

Hình 6.1 - Sự biến đổi biên độ theo khoảng cách - a. Sơ đồ tia phản xạ với các góc đổ 0°, 10° và 30°; b. Các mạch địa chấn thể hiện sự biến đổi biên độ theo khoảng cách với các góc đổ tương ứng

Hình 6.2 - Sự biến đổi biên độ theo khoảng cách và góc đổ - a. Sự biến đổi biên độ theo khoảng cách; b. Sự biến đổi biên độ theo góc đổ

Thí dụ về sự biến đổi biên độ ở nóc và đáy tập cát chứa khí theo khoảng cách và sự biến đổi hệ số phản xạ theo bình phương sin góc đổ (sin²Ɵ) ở nóc và đáy tập cát chứa khí được thể hiện trên hình 6.3. Ở nóc tập cát có các hệ số P, G âm và ở đáy có hệ số dương. Trên hình 6.4 thể hiện sự biến đổi hệ số phản xạ trên một số mặt ranh giới như ranh giới khí nước, sét/cát chứa nước, sét/cát chứa khí theo sin²Ɵ.

Lưu ý nếu biểu diễn trục ngang là góc đổ 0 thì sự biến đổi hệ số phản xạ có dạng đường cong, nếu là sin²Ɵ thì sự biến đổi hệ số phản xạ có dạng tuyến tính.

Hình 6.3 - Sự biến đổi biên độ theo khoảng cách nóc và đáy tập cát chứa khí - a. Biến đổ biên độ theo khoảng cách; b. Đồ thị biến đổi hệ số phản xạ theo sin²Ɵ

Hình 6.4 - Sự biến đổi hệ số phản xạ trên một số mặt ranh giới theo sin²Ɵ

Quan hệ của hệ số Poisson và trở sóng với biến đổi biên độ

Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự biến đổi biên độ theo khoảng cách phụ thuộc vào mối quan hệ của hệ số Poisson (σ) và trở sóng (Z). Để làm rõ sự biến đổi biên độ liên quan đến quá trình đổi cực (từ dương sang âm và ngược lại) thường đưa ra khái niệm biên độ tương đối A (dương hoặc âm) và biên độ tuyệt đối [A].

- Nếu trở sóng và hệ số Poisson đều tăng qua mặt ranh giới thì biên độ tăng theo khoảng cách.

- Nếu trở sóng tăng nhưng hệ số Poisson giảm thì biên độ giảm theo khoảng cách.

- Nếu trở sóng giảm thì tùy theo hệ số Poisson tăng hoặc giảm mà biên độ tương đối tăng hoặc giảm, trong khi đó giá trị tuyệt đối của biên độ thì theo quy luật ngược lại.

Có thể xét một số mô hình chỉ ra sự thay đổi giá trị tương đối A và giá trị tuyệt đối [A] của biên độ theo khoảng cách khi trở sóng và hệ số Poisson thay đổi qua mặt ranh giới. Hình ảnh sự thay đổi biên độ khi trở sóng và hệ số Poisson thay đổi được minh họa trên hình 6.5. Trong đó trên hình 6.5a có trở sóng và hệ số Poisson tăng, biên độ tương đối và biên độ tuyệt đối tăng, hình 6.5b có trở sóng tăng, hệ số Poisson giảm, biên độ tương đối và biên độ tuyệt đối giảm, hình 6.5c có trở sóng giảm, hệ số Poisson tăng, biên độ tương đối tăng, biên độ tuyệt đối giảm, hình 6.5d có trở sóng và hệ số Poisson giảm, biên độ tương đối giảm và biên độ tuyệt đối tăng. Tóm tắt quy luật này được thể hiện trên hình 6.6.

Hình 6.5 - Mô hình AVO về sự thay đổi biên độ khi thay đổi trở sóng và hệ số Poisson - a. Trở sóng và hệ số Poisson tăng, biên độ tương đối và biên độ tuyệt đối tăng; b. Trở sóng tăng, hệ số Poisson giảm, biên độ tương đối và biên độ tuyệt đối giảm; c. Trở sóng giảm, hệ số Poisson tăng, biên độ tương đối tăng, biên độ tuyệt đối giảm; d. Trở sóng và hệ số Poisson giảm, biên độ tương đối giảm và biên độ tuyệt đối tăng.

Hình 6.6 - Tóm tắt quy luật AVO

Qua các hình ảnh này chúng ta có nhận xét là sự thay đổi giá trị tương đối của biên độ không phụ thuộc vào sự thay đổi trở sóng mà luôn thay đổi cùng chiều với sự thay đổi hệ số Poisson. Trong khi đó, giá trị tuyệt đối của biên độ sẽ ngược với sự thay đổi hệ số Poisson nếu trở sóng giảm qua mặt ranh giới.

Theo Minh giải địa chấn trong thăm dò và khai thác dầu khí