Trên các lát cắt địa chấn, việc liên kết các xung sóng phản xạ cho phép xác định các mặt ranh giới phản xạ liên quan đến các ranh giới địa tầng, tuy nhiên chúng không thể hiện được bản chất đất đá giữa các mặt ranh giới đó. Quá trình biến đổi các xung địa chấn liên quan đến các mặt ranh giới phản xạ thành các giá trị trở sóng (gồm tốc độ và mật độ) phản ánh đặc điểm thạch học của lớp đất đá giữa các mặt ranh giới được gọi là “Biến đổi ngược địa chấn” (Seismic Inversion). Từ kết quả biến đổi ngược địa chấn có thể dự báo trực tiếp thành phần vật chất như các thông số của vỉa chứa như độ rỗng, độ bão hòa nước...
Quá trình biến đổi ngược có thể thực hiện sau hoặc trước cộng sóng trong xử lý số liệu. Biến đổi ngược sau cộng sóng cho phép xác định được trở sóng âm học liên quan đến tốc độ sóng dọc và mật độ (Z = vp ρ). Biến đổi ngược trước cộng sóng không chỉ xác định được trở sóng âm học mà cả trở sóng liên quan đến sóng ngang (Zs = vs ρ) và trở sóng đàn hồi (Zps = vpa. vsb.ρc) phản ảnh không chỉ đặc điểm thạch học mà cả khí và chất lưu trong lỗ rỗng.
Quá trình biến đổi thuận và biến đổi ngược
Ở những vùng đã có các vết lộ, mẫu lõi hoặc đường cong ĐVL giếng khoan, hoặc các tài liệu địa chất khác thì hoàn toàn xác định được các tham số địa chất như địa tầng, thạch học, độ sâu... Với các số liệu “đầu vào” đó có thể mô hình hóa hoặc tính toán để xác định đặc điểm trường sóng địa chấn như biên độ, tần số, tốc độ, mật độ... Trong thăm dò địa chấn, quá trình này được gọi là quá trình “biến đổi thuận”, kết quả đạt được là các mô hình vật lý hoặc các “băng địa chấn lý thuyết”. Ngược lại quá trình phân tích số liệu đặc điểm trường sóng địa chấn để dự báo và xác định đặc điểm môi trường địa chất được gọi là “biến đổi ngược”. Khác với biến đổi thuận, quá trình biến đổi ngược có tính đa trị, mức độ chính xác tùy thuộc không chỉ các số liệu đầu vào mà còn liên đến quan thuật toán, trình độ người phân tích... Sơ đồ mô hình biến đổi thuận và biến đổi ngược được thể hiện trên hình 7.1.
Hình 7.1 - Sơ đồ mô hình biến đổi thuận và biến đổi ngược - a. Mô hình 3D biến đổi thuận và ngược; b. Quan hệ đặc điểm địa chấn và tính chất của đá
Một trong những ứng dụng của quá trình biến đổi thuận là xây dựng “băng địa chấn tổng hợp” (Synthetic Seismogram) bằng cách tính tích chập dạng xung sóng với hệ số phản xạ từ số liệu thực tế để có các mạch địa chấn lý thuyết. Trong quá trình biến đổi ngược, cần tách xung sóng ra khỏi mạch địa chấn để có được tập hợp sự phân bố hệ số phản xạ, từ đó tính được giá trị trở sóng (tích của mật độ và tốc độ) phản ảnh đặc điểm môi trường đất đá.
Trên hình 7.2 thể hiện quá trình biến đổi thuận hình thành mạch địa chấn từ cột địa tầng và quá trình biến đổi ngược hình thành sự phân bố trở sóng từ mạch địa chấn. Trên hình 7.3 là hình ảnh so sánh mô hình mạch địa chấn và đường cong trở sóng liên quan đến các lớp cát sét có bề dày khác nhau. Các xung địa chấn phản ảnh các mặt ranh giới và trở sóng phản ảnh đặc điểm các lớp nằm giữa các mặt ranh giới. Với các lớp mỏng, việc tách biệt xung địa chấn liên quan đến nóc và đáy lớp bị hạn chế, trong khi đó đường cong trở sóng vẫn thể hiện được đặc điểm của lớp mỏng này.
Hình 7.2 - Mô hình biến đổi thuận và biến đổi ngược - a. Biến đổi thuận; b. Biến đổi ngược
Hình 7.3 - So sánh mạch địa chấn và trở sóng - a. Mạch địa chấn và trở sóng liên quan đến lớp cát và sét; b. Mạch địa chấn và trở sóng liên quan đến bề dày các lớp
Trên hình 7.4 là một thí dụ so sánh lát cắt địa chấn và lát cắt trở sóng âm học, đặc điểm các vỉa chứa được thể hiện rõ ràng hơn sau quá trình phân tích ngược địa chấn. Hình 7.5 là một thí dụ so sánh lát cắt địa chấn và lát cắt trở sóng âm học với đường cong gamma của giếng khoan có tuyến địa chấn đi qua. Kết quả cho thấy các tập cát kết chứa dầu khí được thể hiện rõ hơn trên lát cắt trở sóng âm học. So sánh đặc điểm trở kháng âm học của tập cát chứa với các tập sét trong mối quan hệ với cường độ gamma ở GK ĐH 4X (bể Nam Côn Sơn) được thể hiện trên hình 10.6. Phân tích hình vẽ cho thấy các giá trị trở kháng âm học của tập cát chứa được phân biệt khá rõ so với các tập sét.
Hình 7.4 - So sánh lát cắt địa chấn và lát cắt trở sóng theo biến đổi ngược địa chấn a. Lát cắt địa chấn; b. Lát cắt trở sóng âm học sau biến đổi ngược
Hình 7.5 - So sánh lát cắt địa chấn và lát cắt trở sóng âm học sau biến đổi ngược - a. Lát cắt địa chấn; b. Lát cắt trở sóng âm học sau biến đổi ngược
Hình 7.6 - So sánh lát cắt địa chấn và lát cắt trở sóng âm học của tuyến đi qua GK ĐH 4X, (bể NCS) - a. Lát cắt địa chấn; b. Lát cắt trở sóng âm học
Trở sóng có mối quan hệ chặt chẽ với môi trường địa chất vì mật độ và tốc độ đất đá phụ thuộc vào thành phần thạch học, nhiệt độ và áp suất vỉa, chất lỏng chứa trong vỉa, độ rỗng... Trên cơ sở như vậy có thể sử dụng kết quả biến đổi ngược để dự báo các thông số của vỉa chứa như độ rỗng, độ thấm, tỷ lệ cát/sét... Để kiểm tra độ tin cậy các giá trị tốc độ và mật độ đất đá qua quá trình biến đổi ngược từ tài liệu địa chấn trên mặt, ở vùng có giếng khoan cần so sánh với tài liệu đo trong giếng khoan. Tuy nhiên cần lưu ý rằng phương pháp địa chấn sử dụng dải tần số trung bình (khoảng 20-60Hz), các đường cong đo trong giếng khoan có dải tần số cao hơn, vì vậy để so sánh cần sử dụng bộ lọc tần số thấp với tài liệu đo trong giếng khoan. Việc so sánh đường cong trở sóng đo trong giếng khoan (tần số cao) và biến đổi ngược địa chấn (tần số thấp) được thể hiện trên hình 7.7.
Hình 7.7 - So sánh đường cong trở sóng từ kết quả đo trong giếng khoan (tần số cao) và biến đổi ngược (tần số thấp)
Quá trình biến đổi ngược địa chấn bao gồm các bước:
- Xây dựng mô hình tốc độ và trở kháng âm học từ tài liệu karota siêu âm hoặc tốc độ lớp. Mô hình này rất quan trọng để đánh giá kết quả phân tích ngược địa chấn.
- Biến đổi ngược địa chấn để xác định tham số trở sóng và tốc độ lớp từ tài liệu địa chấn khảo sát trên mặt.
Đối sánh kết quả để đánh giá độ tin cậy của mô hình biến đổi ngược nhằm xác định đặc điểm tầng chứa.
Biến đổi ngược sau cộng sóng sử dụng các biện pháp khác nhau như biến đổi ngược dải tần hữu hạn, biến đổi ngược dạng khối, biến đổi ngược địa thống kê, biến đổi ngược có điều kiện biên. Biến đổi ngược trước cộng được sử dụng cả sóng dọc và sóng ngang bao gồm biến đổi ngược biên độ AVO.
Theo Minh giải địa chấn trong thăm dò và khai thác dầu khí
