Trở sóng

Trở sóng là tích giữa mật độ đất đá với tốc độ truyền sóng, đây là tham số quan trọng để xác định mối quan hệ giữa trường sóng địa chấn và bản chất đất đá trong quá trình biến đổi ngược. Do quá trình phát và thu sóng địa chấn, có thể thu nhận các loại sóng khác nhau như sóng dọc (P), sóng ngang (S), sóng biến đổi (PS)... có tốc độ khác nhau nên cũng có các loại trở kháng khác nhau:

- Trở sóng âm học (Acoustic Impedance/Z_p): là tích mật độ với tốc độ sóng dọc Z_p = ᵨV_p, trong trường hợp khoảng cách thu phát bằng không.

- Trở sóng cắt (Shear Impedance/Z_s): là tích mật độ với tốc độ sóng ngang Z_s = ᵨV_s

Trở sóng đàn hồi (Elastic Impedance/Zps): xác định bằng mối quan hệ phức tạp giữa mật độ với tốc độ sóng dọc và sóng ngang trong trường hợp khoảng cách thu phát (hoặc góc đổ của sóng phản xạ) biến đổi:

Z_ps = V_p^a. V_s^b.ρ

Trong một số trường hợp có thể tính cụ thể:

Ở đây K =V_s²/V_p²

Trong quá trình biến đổi ngược địa chấn, kết quả xác định trở sóng đàn hồi có hiệu quả cao hơn so với trở sóng âm học.

- Trở sóng tuyệt đối là giá trị thực của trở sóng xác định được từ mối quan hệ tốc độ và mật độ. Các giá trị trở sóng tuyệt đối có giá trị dương và thường được thể hiện trên đường cong biến đổi theo thời gian (độ sâu) với tần số cao so với tần số sóng địa chấn.

- Trở sóng tương đối là giá trị tương đối của trở sóng so với mức chuẩn trung bình và có thể âm hoặc dương. Khi trung bình hóa các giá trị trở sóng theo đường cong có tần số thấp phù hợp với tần số địa chấn và lấy đó làm đường giá trị chuẩn thì các giá trị trở sóng lớn hơn giá trị chuẩn là dương và nhỏ hơn là âm. Đường chuẩn này thường được chuyển thành đường thẳng và coi có giá trị trở sóng tương đối bằng 0.

Trên hình 4.13 là thí dụ đường cong biểu diễn trở sóng tương đối và tuyệt đối. Trên hình 4.14 so sánh mặt cắt địa chấn có dịch chuyển trước cộng sóng (a) với mặt cắt trở kháng âm học tương đối (b) cho thấy trên mặt cắt trở sóng tương đối, carbonat ám tiêu và carbonat nền thể hiện rõ hơn.

Trên hình 4.15 thể hiện sự phụ thuộc trở sóng của các loại đá dolomit, đá vôi, cát sạch, cát bẩn (40% sét) và sét vào sự thay đổi độ rỗng và chất lưu. Trong đó đường liền nét là bão hòa nước và đường đứt đoạn là bão hòa khí. Trở sóng tăng khi khí được thay thế bằng nước. Với cùng độ rỗng, sự suy giảm của trở sóng do biến đổi chất lưu nhỏ hơn với sự suy giảm trở sóng của các loại đá. Điều này rõ ràng hơn ở độ rỗng cao. Điều này có nghĩa là đá vỉa chứa có trở sóng lớn ít chịu ảnh hưởng từ sự thay đổi chất lưu.

Trên hình 4.16 thể hiện tỷ lệ biến đổi trở sóng (do biến đổi chất lưu từ nước đến khí) phụ thuộc vào độ rỗng. Hình 4.17 thể hiện sự biến đổi hệ số Poisson theo độ rỗng của một số loại đá.

Hình 4.13 - Trở sóng tương đối và tuyệt đối

Hình 4.14 - So sánh mặt cắt địa chấn (dịch chuyển trước cộng sóng) với mặt cắt trở kháng âm học tương đối liên quan đến carbonat

Hình 4.15 - Sự phụ thuộc trở sóng của các loại đá vào sự thay đổi độ rỗng và chất lưu

Hình 4.16 - Sự phụ thuộc của tỷ lệ biến đổi trở sóng (khi thay khí bằng nước) vào độ rỗng

Hình 4.17 - Sự biến của hệ số Poisson theo độ rỗng của một số loại đá

Mối quan hệ của hệ số Poisson với hệ số phản xạ

Tại các mặt ranh phản xạ, ngoài sự thay đổi trở sóng thì sự thay đổi hệ số Poisson đã tạo nên sự biến đổi hệ số phản xạ dẫn đến sự biến đổi biên độ theo khoảng cách. Hệ số Poisson (σ) đặc trưng cho độ mối quan hệ giữa biến dạng nén (theo phương tác động của lực) và biến dạng dẫn của vật thể (theo hướng thẳng góc với phương của lực). Việc xác định hệ số Poisson rất quan trọng vì chúng có mối quan hệ với quy luật biến đổi biên độ sóng phản xạ. Trong thực tế hệ số Poisson được xác định qua tốc độ truyền sóng dọc (V_p) và sóng ngang (V_s).

Hệ số Poisson của một số loại đất đá thay đổi trong phạm vi 0 - 0,5 và được mô tả trong bảng 4.2. Trong môi trường không khí và nước chỉ có sóng dọc mà không có sóng ngang, khi đó có V_s = 0; σ = 0,5. Hình ảnh mối quan hệ của hệ số Poisson (σ) và tỷ số tốc độ V_p/V_s được minh họa trên hình 4.18. Mối quan hệ giữa tốc độ (V_ps) với hệ số Poisson (σ) của một số loại đá được nêu trên hình 4.19. Sự phụ thuộc hệ số Poisson và tốc độ truyền sóng vào độ bão hòa nước được minh họa trên hình 4.20.

Bảng 4.2. Hệ số Poisson của một số loại đất đá

Hình 4.18 - Mối quan hệ giữa hệ số Poisson (σ) và tỷ số tốc độ V_p/V_s

Hình 4.19 - Mối quan hệ giữa tốc độ V_p và hệ số Poisson (σ) của một số loại đá

Hình 4.20 - Sự phụ thuộc của hệ số Poisson và tốc độ vào độ bão hòa nước - a. Sự phụ thuộc của hệ số Poisson (σ) vào độ bão hòa nước; b. Sự phụ thuộc của tốc độ vào độ bão hòa nước

Qua nghiên cứu các yếu tố địa chất liên quan đến hệ số Poisson, có nhận xét:

- Hệ số Poisson tăng khi thành phần sét, độ rỗng (có chứa nước biển hoặc dầu), áp suất độ rỗng và nhiệt độ tăng.

- Hệ số Poisson giảm khi thành phần thạch anh, độ rỗng, áp suất đặc sít tăng và khí thay chỗ dầu, nước.

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