Сейсморазведка, как и другие геофизические методы, может использоваться как для изучения структурного строения геологической среды, так и для исследования физических свойств и литологии горных пород. В обоих случаях необходимо определять скорости распространения сейсмических волн в горных породах. В зависимости от способов определения в сейсморазведке используются различные понятия скоростей упругих волн.
Истинная скорость (Vист) соответствует бесконечно малому объему породы и определяется как скорость, с которой волна пробегает заданный бесконечно малый объем породы. Истинная скорость является функцией координат пространства, занятого породой, и может быть достаточно изменчивой для одного и того же типа пород.
Средняя скорость (Vср) является в сейсморазведке понятием, относимым к средам с плоскопараллельной слоистостью.
Вообще, средняя скорость равна частному от деления пути на время прохождения этого пути. Однако если таким образом определять скорость в среде с плоскопараллельной слоистостью, то ее значение будет зависеть от направления распространения волны вследствие разного угла преломления лучей на границах раздела. Для исключения такой неоднозначности под средней скоростью в сейсморазведке понимают скорость, определенную при распространении волны перпендикулярно слоистости. Значение средней скорости однозначно определяется значениями пластовых скоростей и мощностей пластов.
Рис. 5.1. К определению средней скорости
Пусть имеется среда, состоящая из пачки слоев, обладающих мощностями h1, h2,... hn и характеризующихся соответственно скоростями V1, V2,... Vn , (рис. 6.1). Волна, распространяющаяся от точки А к точке В, на прохождение каждого слоя затрачивает время 
.
Всю пачку волна пройдет за время 
.
Если эту среду заменить однородной средой, по мощности равной суммарной мощности пластов, а скорость выбрать такой, чтобы время пробега волны по указанному пути не изменилось, то это и будет средняя скорость. Она вычисляется по формуле:
, ( 5.1 )
Пластовая скорость (Vпл ) является частным случаем средней скорости и относится к слоистой толще, в которой средняя скорость близка к истинной в подавляющем большинстве ее слоев. Такую толщу можно считать в среднем однородной и выделить ее в качестве сейсмического пласта:
,
где h – мощность сейсмического пласта,
Δt – время пробега волны от кровли до подошвы пласта.
Интервальная скорость (Vинт) также является частным случаем средней скорости и относится к заданному интервалу глубин:
,
где Δt – время пробега волной интервала глубин Δh.
Эффективная скорость (Vэф) – это скорость, вычисленная при определенных допущениях по годографу отраженных волн. Большинство способов вычисления эффективной скорости предполагает покрывающую толщу однородной, отражающую границу – плоской. В слоистой среде значения эффективной скорости выше значений средней скорости, и чем большей длины годограф отраженной волны используется, тем больше различие (см. ниже).
Эффективная скорость OГT ( VОГТ) определяется по годографу ОГТ, ее значение зависит также от угла наклона отражающей границы.
Граничная скорость ( VГ) является скоростью, с которой проходящая волна, образующая преломленную, распространяется в тонком пласте вдоль преломляющей границы ( VГ ≥VПЛ). Знак равенства возможен только для случая однородных пластов.
Все эти понятия относятся как к продольным, так и поперечным волнам.
Существуют 3 группы методов определения скоростей сейсмических волн в горных породах.
1. Определение скоростей на образцах. При этом достигается высокая точность, можно изучать зависимость скорости от таких факторов, как пористость, нефте- или водонасыщенность, давление и т.д. Но результаты не могут быть распространены на весь массив пород, так как значения скорости, определенные на образцах небольших размеров, могут сильно отличаться от скорости распространения волны в больших массивах из-за трещиноватости, пористости и т.д.
2. Определение скоростей по наблюдениям в скважинах. Наблюдения в скважинах позволяют получить наиболее точные сведения о пластовых и средних скоростях. При сейсмическом каротаже (СК) возбуждение волн производится на поверхности вблизи устья скважины, прием колебаний – в скважине на различных глубинах. Таким образом, измеряется время пробега волны по вертикали и определяется средняя скорость. При акустическом (АК) или ультразвуковом (УЗК) каротаже источник и приемник размещаются на специальном снаряде внутри скважины на небольшом удалении друг от друга (1–2 м), что позволяет измерять интервальные скорости с высокой точностью и детальностью.
Сложность проведения скважинных сейсмических исследований объясняется высокой стоимостью бурения скважин, необходимостью специального оборудования для работ. Доступная исследованию область среды в зависимости от метода исследования ограничивается радиусом от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров, а иногда и первых километров.
3. Определение скоростей по данным поверхностных наблюдений – это определение эффективных скоростей по годографам отраженных волн и определение граничных скоростей по годографам преломленных волн, а также определение скоростей по годографам рефрагированных волн. Преимущество этих методов – скорости определяются дистанционно, т.е. без доступа к исследуемым областям среды. Недостаток – низкая точность по сравнению с вышеуказанными методами.
Для усиления однократно отраженных волн при суммировании по способу ОГТ надо вводить кинематические поправки, зная эффективные скорости ОГТ для этих волн. Однако надо имеет в виду, что значение эффективной скорости не только отличается от значения средней скорости, но и зависит от способов ее вычисления. Для горизонтально-слоистой среды вводится понятие предельной эффективной скорости Vэф.пр, вычисляемой по элементу годографа, примыкающему к пункту возбуждения. Теоретически ее значение определяется по формуле:
, ( 5.2 )
где Δtk = hk / Vk .
Скорость, вычисленную по этой формуле, называют среднеквадратичной скоростью, в отличие от средней скорости, которая вычисляется по формуле
, ( 5.3 )
Значение среднеквадратичной скорости (а следовательно, и предельной эффективной скорости) всегда выше значения средней скорости. При удалении от источника (при возрастании p) значение эффективной скорости еще больше возрастает. Поэтому на практике всегда стремятся определить значение эффективной скорости по той части годографа, которая расположена ближе к источнику.
Определение пластовой скорости по данным МОВ.
Полученные здесь формулы можно использовать для вычисления пластовой скорости Vn для интервала разреза, заключенного между двумя отражающими границами, до которых известны предельные эффективные скорости.
Учитывая, что 
, преобразуем формулу (5.2) следующим образом:
,
Отсюда
, ( 5.4 )
В литературе эту формулу часто называют формулой Дикса, в честь американского геофизика, впервые предложившего ее.
Скоростной анализ (коррекция кинематических поправок)
Процедура Interactive Velocity Analysis.
Скорости в покрывающей толще можно определять по самим суммируемым данным ОГТ, подбирая такие величины кинематических поправок, которые обеспечивают наилучшие условия суммирования (т.е. максимальные амплитуды на суммотрассах) для однократных отраженных волн. Оценку результатов суммирования, т.е. правильности подбора скоростей, осуществляет геофизик-обработчик, поэтому эта процедура (“Interactive Velocity Analysis”) обычно работает в интерактивном режиме.
Для выполнения скоростного анализа создадим новый поток – 40 Velocity Analysis.
Рис. 5.2. Настройки процедуры Super Gather
Скоростной анализ будет выполняться по тем же данным, что служили для пробного суммирования по ОГТ, т.е. данные после предварительной обработки и присвоения геометрии с бинированием. Только обычная процедура ввода теперь не годится – дело в том, что с одной стороны выполнять скоростной анализ в каждой точке ОГТ слишком долго, да и нет смысла – скорость обычно так быстро по профилю не меняется. С другой стороны, для повышения помехоустойчивости анализа принято объединять несколько сейсмограмм ОГТ в одну большую (супер) сейсмограмму. Поэтому считываться исходные данные для анализа должны специальной процедурой ввода Super Gather (рис. 5.2). В меню процедуры задаются: с какой точки ОГТ начать ввод (CDP Start) и сколько всего точек ОГТ брать (CDP), через сколько точек проводить анализ (CDP Step) и сколько обычных сейсмограмм объединять каждый раз для анализа (CDP), и задается база исходных данных (Dataset).
Для того, чтобы продемонстрировать, как данные считываются процедурой Super Gather с указанными параметрами, временно поставим после него модуль Screen Display и запустим поток. Мы получаем изображения объединенных по 3 сейсмограмм ОГТ через каждые 50 точек ОГТ (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Изображения объединенных сейсмограмм ОГТ –
результат работы процедуры Super Gather
Далее Screen Display в потоке закомментируем и вместо нее поставим модуль Interactive Velocity Analysis. Меню модуля состоит из множества вкладок с параметрами – нам для начала будет достаточно настроить лишь несколько вкладок (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Меню модуля Interactive Velocity Analysis –
задание формы и названия файла выходных данных
На вкладке Output velocity выберем Database-picks и введем название этого файла, например Vel1. Затем установим те же параметры на вкладе Input velocity. Это означает, что при повторном запуске анализа скоростные законы уже будут браться из результатов предыдущего анализа, таким образом можно редактировать данные, повторяя анализ несколько раз.
На вкладке PS/PP velocities укажем PP – в воде распространяются только продольные волны, поэтому методы с использованием обменных сейсмических волн не применяются.
Наиболее критичны настройки вкладки Semblance (рис. 5.5). Здесь нужно указать, с какой минимальной скорости начать перебор скоростей (Start velocity) и какой скоростью максимальной закончить (End velocity), шаг перебора скоростей (Velocity step), и шаг по времени (Time step). Здесь же нужно указать количество разрезов общих скоростей (Number of common velocity sections – CVS).
Рис. 5.5. Меню модуля Interactive Velocity Analysis – задание диапазона и шага перебора
значений скорости, шага по времени и количества разрезов общих скоростей (CVS)
Еще 4 вкладки меню со словом Display служат для задания параметров изображения расчетных величин на 4 окнах модуля. Настраивать виды этих окон лучше уже после запуска потока, наблюдая за самими изображениями.
После запуска потока появится экран интерактивного скоростного анализа (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Экран модуля интерактивного скоростного анализа состоит из 4-х окон:
1 – коэффициента когерентности (Semblance); 2 – сейсмограмм ОГТ (Gather Display),
3 – суммарных трасс по одиночным сейсмограммам ОГТ (STCK Display),
4 – разрезов общих скоростей (CVS).
На экране изображаются результаты расчетов на одной точке ОГТ по объединенным сейсмограммам (в нашем случае 3). Задача обработчика заключается в правильной пикировке скоростного закона по максимумам в первом окне (Semblance). При этом он для более высокой надежности должен учитывать совпадение расчетных годографов (гипербол) с осями синфазности отраженных волн на сейсмограмме ОГТ во втором окне, а также вид суммарных трасс в третьем окне и увеличение амплитуд соответствующих отраженных волн на разрезах общих скоростей (4 окно).
После определения скоростного закона в данной точке переходят к следующей точке (стрелка вправо на панели меню), и так до конца профиля. После окончания анализа следует сохранить результаты, и можно выйти из потока.
Теперь можно проверить эти результаты реальным суммированием данных по ОГТ – нужно вернуться в поток 30 CDP Stack (рис. 4.4), продублировать там процедуру NMO/NMI, во вкладке задания скорости выбрать Database-picks и указать там название того файла (базы данных), куда сохранялись результаты скоростного анализа (Vel1). Предыдущую процедуру NMO/NMI следует закомментировать.
Запускаем поток суммирования трасс по ОГТ, в процессе сравниваем сейсмограммы без кинематических поправок с сейсмограммами после поправок с новым скоростным законом, в конце получаем суммарный разрез ОГТ (рис. 5.7).
Рис. 5.7. Суммарный временной разрез, полученный с кинематическими поправками
по результатам скоростного анализа – как отражение от дна, так и отражения
от глубоких границ хорошо прослеживаются
Чтобы добиться ясных изображений на каждой части окна, для них существуют свои меню настройки экрана (Semblance Display, Gather Display и т.д.). Для настройки их в процессе работы нужно кликнуть по пункту меню, где три точки, и в выскочившем меню выбрать соответствующую вкладку. Сделав соответствующие изменения, нажать OK – изображение на экране изменится согласно введенным новым параметрам.
Проделав пикировку скоростной кривой, можно проверить, насколько правильно вводятся кинематические поправки, т.е. насколько спрямляются оси синфазности на сейсмограмме. Для этого нужно кликнуть по пункту меню N (Normal Move Out) – программа введет кинематические поправки и перерисует сейсмограмму (рис. 5.8). То, что оси синфазности отраженных волн на сейсмограмме превратились в горизонтальные линии, показывает правильность пикирования скоростей.
Кликнув по кнопке меню DIX, мы получаем ступенчатую линию интервальных (пластовых) скоростей (рис. 5.8).
Рис. 5.8. Окно процедуры Interactive Velocity Analysis – активны кнопки меню N –
ввод кинематических поправок, и DIX – вычисление пластовых скоростей
(белая ступенчатая линия). Оси синфазности отраженных волн на сейсмограмме
превратились в горизонтальные линии
Для перехода к следующей точке скоростного анализа нужно кликнуть по кнопке со стрелкой вправо. Для облегчения пикировки скоростной кривой в новой точке в меню предусмотрена кнопка Previous (кривая со стрелкой влево), при нажатии на которую скоростная кривая с предыдущей точки отображается в окне новой точки (рис. 5.9).
Рис. 5.9. Окно процедуры Interactive Velocity Analysis.
Если нажата кнопка Previous, то при переходе к следующей точке
ОГТ изображается скоростная кривая с предыдущей точки
После того, как отработаны все точки скоростного анализа на данном профиле, пикировки скоростных кривых нужно сохранить. Для этого следует кликнуть по кнопке меню, где нарисован гибкий диск. Пикировки сохраняются в базе данных RadExPro под именем, как было задано в меню Output file. Далее эти данные можно использовать для более точного введения кинематических поправок в процедуре NMO/NMI при суммировании данных по ОГТ.
Если есть подозрения в недостаточно корректной пикировке скоростей, скоростной анализ можно повторить. В таком случае ранее сохраненные данные скоростного анализа будут служить входными данными для повторного анализа, и в этом случае работа оператора сведется лишь к корректировке уже отображающихся на экране кривых.
Следует заметить, что изменения пропикированного скоростного закона от точки к точке ОГТ могут быть обусловлены просто погрешностями наблюдений. Это часто бывает при низком отношении сигнал/помеха в исходных записях. В таких случаях следует стараться выбрать для скоростного анализа наиболее хорошие сейсмограммы ОГТ, а скоростной закон для всего профиля использовать один, по одной из этих сейсмограмм, или осредненный по некоторым из них. Для построения осредненной скоростной кривой в меню процедуры Interactive Velocity Analysis имеется кнопка Mean.
Скоростные кривые, получаемые пикированием максимумов на спектре скоростей для различных точек ОГТ, могут быть сохранены и в текстовом файле, название которого нужно предварительно задавать во вкладке меню “Output file”. Такие текстовые файлы могут быть использованы не только в системе RadExPro, но могут быть прочитаны и обработаны в текстовых или табличных редакторах и т.д.
Более подробно о скоростях волн в сейсморазведке смотрите (Jones Ian F., 2010, Robein Etienne, 2003, 2010).