Địa chấn mặt cắt thẳng đứng

Địa chấn mặt cắt thẳng đứng, thường viết tắt là VSP (tiếng Anh: Vertical Seismic Profiling) là một phương pháp của địa vật lý thăm dò, quan sát sóng địa chấn trong hố khoan với nguồn sóng thích hợp. Trong thực tế có ba dạng quan sát địa chấn hố khoan và mặt đất.

Bố trí quan sát Địa chấn mặt cắt thẳng đứng điển hình

1. VSP đích thực, là thành phần quan trọng thăm dò địa chấn phản xạ, cung cấp thông tin về trường sóng địa chấn quan sát trực tiếp trong lòng đất, xác định cột tốc độ truyền sóng, liên kết và xác minh tính xác thực của các ranh giới phản xạ thu được trong kết quả địa chấn phản xạ trên mặt đất. Vì thế phần mềm xử lý tài liệu VSP luôn là một modul trong phần mềm xử lý tài liệu địa chấn phản xạ.^[1][2].
2. Đo Thí nghiệm địa chấn sóng truyền xuống hố khoan, các văn liệu tiếng Anh gọi là Seismic Down-Hole Test, được mô tả chi tiết trong Chuẩn ASTM D7400-08 của Mỹ ^[3], là dạng đo phục vụ cho địa kỹ thuật trong địa chất công trình. Các văn liệu khảo sát Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1, do một công ty khảo sát của Liên bang Nga chủ trì năm 2012, sử dụng thuật ngữ đo VSP cho phép đo này.
3. Đo chiếu sóng địa chấn giữa dãy các điểm trong hố khoan và mặt đất, để thu được hình ảnh phân bố tính chất đàn hồi đất đá quanh hố khoan, phục vụ cho địa kỹ thuật trong địa chất công trình.^[4]

Nội dung Phương pháp

Trong quan sát VSP phổ biến thì các điểm thu sóng (GP, Geophone Point) đặt trong hố khoan, còn điểm phát sóng (SP, Source Point) đặt trên mặt đất. Số SP từ 1 trở lên. Nếu nhiều SP, có thể xếp có chủ đích theo tuyến, trong đó tuyến đặt song song và/hoặc vuông góc với đường phương của cấu tạo địa chất. Các SP cũng có thể nằm hai phía hố khoan.

Khoảng cách SP đến hố khoan gọi là độ dịch (Offset), và có sự xử lý cũng như mục đích nghiên cứu khác nhau gữa không dịch (Zero Offset, tại sát miệng hố khoan), dịch gần (Near Offset) và dịch xa (Far Offset).

Khi phát sóng nhiều lần tại một điểm, phải tìm biện pháp xử lý môi trường để điều kiện phát đồng nhất cho các lần phát sóng.

Thu sóng

1. Phần lớn quan sát đều dùng đầu thu sóng địa chấn (Geophone) cơ điện 3 thành phần có thanh ép vào thành hố khoan. Các hãng chế tạo máy cung cấp ra hai loại:

• Đầu thu không tự định hướng, ví dụ đầu thu Geostuff BHG-2 (Three-component Wall-Lock Borehole Geophones).
• Đầu thu tự định hướng các thành phần ngang, ví dụ đầu thu Geostuff BHG-3 (Automatic orientation of horizontal components).^[5].

Đây là đầu thu đơn điểm, thu nhận trung thực rung chấn trong lòng đất. Có thể tự chế đầu thu cho hố khoan nông (dưới 100 m) bằng cách lấy 3 lõi của đầu thu sóng cơ điện mặt đất ghép lại, lắp kèm bóng cao su để khi bơm phồng lên thì ép khối đầu thu vào thành hố khoan.

2. Dãy đầu thu áp điện, dùng đầu thu sóng địa chấn trong nước (hydrophone) để thu đa điểm, ví dụ cáp thu hố khoan Geometrics DHA-6500 (Downhole Hydrophone Array). Các hydrophone thu sóng áp suất, nên chất lượng tín hiệu phụ thuộc chuyển đổi rung chấn qua thành hố khoan sang sóng áp suất ở môi trường dung dịch, và thường không cao. Vì thế nó thích hợp cho thu sóng dọc và có tần số cao ^[6].

Nổ mìn trong hố bùn: điều kiện nổ đồng nhất, lại an toàn

Nguồn sóng

Bài chi tiết: Nguồn địa chấn

• Nguồn nổ: Cần nổ trong hố bùn, nước, sâu cỡ 2 m trở lên để các vụ nổ đồng nhất, cũng như an toàn chống đá văng.
• Búa đập: Cần có đe đập bằng gỗ đủ lớn để chống lún.
• Súng hơi (Air Gun): Bắn trong nước hoặc hố nước.
• Nguồn phóng điện (Sparker): Bắn trong nước pha muối.

Quan sát VSP ngược

Quan sát VSP ngược trong thí nghiệm Sóng truyền lên hố khoan

Quan sát VSP ngược có thể thực hiện trong điều kiện nhất định, bằng cách dùng đầu phát sóng hố khoan và đặt các geophone trên mặt đất. Khi đó điều kiện phát và thu sóng có tính đồng nhất cao.

Một dạng quan sát ngược là VSP tiếng ồn khoan (Drill-noise VSP), còn gọi là địa chấn trong khi khoan (SWD, Seismic-while-drilling), đặt đầu thu sóng địa chấn trên mặt đất để thu rung chấn do mũi khoan đập vào đất đá. Phương pháp này có cách xử lý tài liệu riêng.

Xử lý tài liệu

Các đường ghi sóng (Trace) được nhập vào cơ sở dữ liệu. Nếu là thu 3 thành phần sẽ có 3 tập con Ax, Ay, Az. Nếu thu 3 thành phần với đầu thu không tự định hướng, cần thực hiện phép quay (bằng menu Rotation) cho cặp thành phần rung động (Ax, Ay) để tìm ra cặp hướng về phía SP và hướng vuông góc trên mặt bằng (x,y). Khi đó sẽ có 2 tập con (As, Ap).^[7]

Trong tất cả các quan sát hố khoan đều thực hiện vạch sóng các đầu sóng đầu tiên (First Break), thực hiện hiệu chỉnh tĩnh để loại trừ các sai số do sai lệch thu phát. Kết quả vạch đầu sóng đầu tiên đã hiệu chỉnh được dùng cho tính tốc độ truyền sóng dọc Vp theo các tia trực tiếp cho các điểm thu, và từ đó lập ra cột tốc độ truyền sóng dọc Vp cho hố khoan.

Trong thí nghiệm địa chấn, thì sau hiệu chỉnh tĩnh thực hiện thêm xác định và vạch sóng ngang, tính tốc độ truyền sóng ngang Vs theo các tia trực tiếp cho các điểm thu, và từ đó lập ra cột tốc độ truyền sóng ngang Vs cho hố khoan.

Xử lý tài liệu VSP phục vụ địa chấn phản xạ có thêm xử lý các đường ghi tín hiệu theo một quy trình chuyên sâu để lập ra đường ghi gọi là VSP Stack. Nó tương đương với đường ghi của quan sát địa chấn phản xạ trên mặt đã xử lý theo phương pháp Điểm sâu chung (CDP Stack) tại vị trí hố khoan. So sánh tài liệu địa chấn phản xạ với VSP Stack sẽ làm rõ tính xác thực của phản xạ, và tốc độ truyền sóng dùng trong xử lý CDP có phù hợp không.

Để làm được chức năng này, VSP Stack phải hiện ra các phản xạ ứng với ranh giới rõ về thạch học và tốc độ truyền sóng trong hố khoan. Nếu có ranh giới quá mạnh, nhảy bậc tốc độ truyền sóng với tỷ số >1,4 (hoặc <0,75) thì phần năng lượng sóng truyền tới các giới hạn sâu hơn rất thấp, không vượt được các nhiễu thường trực, dẫn đến kết quả VSP Stack có thể thiếu tin cậy.

Xem thêm

• Nguồn địa chấn
• Địa chấn phản xạ

Tham khảo

1. “Diagram of VSP configurations”. Schlumberger. Bản gốc lưu trữ ngày 25 tháng 9 năm 2013. Truy cập ngày 4 tháng 8 năm 2014.
2. Обработка данных ВСП Lưu trữ 2015-03-20 tại Wayback Machine. RadExPro, 2014. Truy cập 25 Nov 2014.
3. Standard Test Methods for Downhole Seismic Testing D7400-08. ASTM Publications, Jul 2008.
4. Deen T., Gohlz K. Case History. 3-D tomographic seismic inversion of a paleochannel system in central New South Wales, Australia. Geophysics, Vol. 67, No. 5 (Sep-Oct 2002); P. 1364–1371
5. Geostuff Wall-Lock Borehole Geophones. Lưu trữ 2015-02-10 tại Wayback Machine Geostuff Brochure, 2014. Truy cập 25 Nov 2014.
6. Geometrics Brochures, 2014. Truy cập 25 Nov 2014.
7. Vista Seismic Data Processing. Vista VSP Package. Lưu trữ 2014-12-15 tại Wayback Machine Gedco, A Schlumberger Company, 2014. Truy cập 25 Nov 2014.

Liên kết ngoài

• Schlumberger Oilfield Glossary: vertical seismic profile