Mô hình toán học của tín hiệu và nhiễu để nghiên cứu đá móng nứt nẻ

 12 
Formatted: Font: Times New Roman, 12 pt
Formatted: Indent: First line: 0.25", Right: 0.25"
T¹p chÝ KTKT Má - §Þa chÊt, sè 38/4-2012, tr.12-15 
MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA TÍN HIỆU VÀ NHIỄU ĐỂ NGHIÊN CỨU 
ĐÁ MÓNG NỨT NẺ 
PHAN THIÊN HƯƠNG, Trường Đại học Mỏ - Địa chất 
Tóm tắt: Khả năng xác định đặc tính của các đới nứt nẻ trong móng dựa trên các dấu hiệu từ 
tài liệu địa chấn thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Bên cạnh một số thành công đã 
được công bố vẫn còn nhiều trường hợp xác định sai các đới nứt nẻ do ảnh hưởng của nhiễu. 
Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày kết quả mô phỏng tín hiệu trước cộng từ ranh giới 
phản xạ không đồng nhất và nhiễu ngẫu nhiên bằng thuật toán Kirchhoff-Helmholtz. Đây là 
một trong những bước làm cơ sở cho công tác xử lý và phân tích tiếp theo nhằm chỉ ra sự 
khác biệt giữa ảnh hưởng của nhiễu và đới nứt nẻ trên mặt cắt cộng sau dịch chuyển. 
1.1. Mở đầu: 
Việc dự báo đặc tính nứt nẻ của đá trầm 
tích dựa trên tài liệu địa chấn đã được nghiên 
cứu và ứng dụng từ lâu trên thế giới. Tại Việt 
Nam, vấn đề này thu hút được sự quan tâm hơn 
nữa do việc tìm được dầu trong móng granite tại 
bể Cửu Long. Ngay từ những năm 90, sự phát 
triển của các thuộc tính địa chấn đã mở ra triển 
vọng mới cho khả năng phát hiện các đới nứt nẻ 
trong móng granit. Nhiều phương pháp kết hợp 
các thuộc tính khác nhau để phát hiện các đới 
nứt nẻ trong móng đã được đề xuất [1] [, 2]. 
Tuy nhiên, bên cạnh những thành công trong 
công tác dự đoán đới nứt nẻ, vẫn còn tồn tại 
nhiều yếu tố rủi ro. Kinh nghiệm thực tế cho 
thấy, trong nhiều trường hợp, việc ứng dụng 
thuộc tính địa chấn để xác định đới nứt nẻ trong 
móng đã không cho hiệu quả mong muốn, các 
giếng khoan khoan không gặp đới nứt nẻ mặc 
dù dị thường địa chấn có biểu hiện rất tốt (ví dụ 
như trường hợp mỏ Cá Ngừ Vàng, bể Cửu 
Long). Điều này gây nghi ngờ về khả năng ứng 
dụng thuộc tính địa chấn để xác định nứt nẻ. 
Nhưng cho đến nay vẫn chưa có nghiên cứu cụ 
thể nào nhằm mục đích trả lời câu hỏi này. 
Hiện nay, việc nâng cao khả năng xác định 
các đới nứt nẻ trong móng trước đệ tam từ tài 
liệu địa chấn là một trong những ưu tiên hàng 
đầu trong công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí. 
Tất cả các giếng khoan thăm dò trong móng đều 
được định hướng dựa trên những dự báo từ các 
kết quả phân tích địa chấn. Tuy nhiên, do đặc 
điểm tỉ số tín hiệu trên nhiễu trong móng thường 
rất thấp, phông nhiễu sau xử lý lại có những đặc 
điểm tương tự như các đới nứt nẻ, vì vậy rất 
nhiều trường hợp việc minh giải tài liệu địa chấn 
đã nhầm lẫn nhiễu địa chấn là các đới nứt nẻ dẫn 
đến thất bại trong thiết kế các giếng khoan. Việc 
xây dựng được những đặc điểm của nhiễu trên 
tài liệu địa chấn và chỉ ra những tiêu chí để phân 
biệt chúng với tín hiệu từ các đới nứt nẻ sẽ giúp 
tránh được những sai lầm khi xác định các đới 
nứt nẻ từ tài liệu địa chấn góp phần nâng cao hệ 
số thành công của các giếng khoan thăm dò. 
Chính vì vậy tập thể tác giả đã nghiên cứu đặc 
điểm của nhiễu trong đới nứt nẻ, từ đó tìm thuật 
toán thích hợp xây dựng mô hình toán học và 
viêt phần mềm mô phỏng để tìm ra sự khác biệt 
giữa tín hiệu do đới nứt nẻ so với nhiễu. 
2.2. Ảnh hưởng của sự bất đồng nhất của 
mặt phản xạ lên tín hiệu: 
Việc phát hiện nứt nẻ bằng tài liệu địa chấn 
gặp khá nhiều khó khăn do tỷ số tín hiệu trên 
nhiễu thấp và những đới nứt nẻ có độ xiên cao 
gây nên hiện tượng tán xạ. Chính vì vậy để có 
thể nhận được lát cắt địa chấn có độ phân giải 
cao và chính xác thì xử lý đóng vai trò quan 
trọng. Hình 1 [1] là một thí dụ chỉ rõ hiệu quả 
của việc dùng CBM (controlled beam migration) 
một phương pháp xử lý trong việc dịch chuyển 
địa chấn. Trên hình vẽ, hình bên trái là kết quả 
sau khi tiến hành dịch chuyển địa chấn trước 
cộng bằng phương pháp Kirchhoff thông thường. 
Mặc dù vậy để minh giải cũng vẫn gặp nhiều 
khó khăn do tỷ số tín hiệu và nhiễu thấp. Hình 
bên phải ứng dụng công nghệ dịch chuyển theo 
Formatted: Right
Formatted
Formatted: Font: 10 pt
Formatted: Font: .VnCentury Schoolbook, 10 pt, Not Bold,
Italic
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Font: 11 pt
Formatted: Space Before: 3 pt, After: 3 pt, Line spacing: 
single
Formatted: Condensed by 0.1 pt
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Font: 12 pt, Not Italic, Condensed by 0.1 pt
Formatted: Indent: Left: 0.5", Line spacing: single
Formatted: Font: 12 pt, Condensed by 0.1 pt
Formatted: Font: 12 pt
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Number of columns: 2
Formatted: Indent: First line: 0.28", Line spacing: single
Formatted: Condensed by 0.1 pt
Formatted: Indent: First line: 0.28", Space Before: 0 pt,
Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Bullets and Numbering
Formatted: Condensed by 0.1 pt
Formatted: Indent: First line: 0.28", Line spacing: single
 13 
Formatted: Font: Times New Roman, 12 pt
Formatted: Indent: First line: 0.25", Right: 0.25"
chùm tia (CBM), kết quả chỉ rõ những đới nứt nẻ trong móng tốt hơn hẳn so với hình bên trái. 
Hình 1:. mMặt cắt địa chấn trong móng nứt nẻ (dùng dịch chuyển địa chấn thông thường và dùng 
phương pháp CBM theo Don Pham và n.n.k [1]) 
3.3. Mô hình toán học mô phỏng tín hiệu: 
Các đới nứt nẻ trong đá móng được biểu 
hiện trên tài liệu địa chấn như những đới tán xạ 
chứ không phải là những mặt phản xạ, vì vậy 
chúng chỉ có thể được xác định sau quá trình 
dịch chuyển. Tuy nhiên, quá trình dịch chuyển 
đồng thời cũng sẽ biến đổi những tín hiệu nhiễu 
ngẫu nhiên mạnh thành những vết tán xạ trên 
mặt cắt địa chấn tương tự như các đới tán xạ do 
móng nứt nẻ, hay sự ghồ ghề của bề mặt móng 
dẫn đến sự nhầm lẫn trong quá trình minh giải. 
Nghiên cứu này tìm cách phân biệt những 
ảnh hưởng của nhiễu sinh ra trong quá trình thu 
nổ và những tín hiệu thực từ các đối tượng nứt 
nẻ, ghồ ghề của bề mặt. Trên cơ sở đó, so sánh 
kết quả dịch chuyển của tín hiệu của mô hình 
nứt nẻ và nhiễu. Để đạt được mục tiêu này, các 
tác giả đã sử dụng thuật toán mô phỏng 
Kirchhoff-Helmholtz để mô phỏng tín hiệu 
phản xạ từ mô hình đới nứt nẻ. Với mô hình 
2D, thuật toán Kirchhoff-Helmholtz được thể 
hiện như sau: 
Công thức tích phân Kirchhoff-Helmholtz 
[4] có dạng như sau: 
dl
n
u
w
n
w
u
4
i
)P(u
C



 
 (1) 
trong đó: P là điểm thu trên mặt đất, C là bề mặt 
phản xạ, u là giá trị của hàm vô hướng tại điểm 
C, w là hàm Green và 
n
u


 là đạo hàm theo 
hướng vuông góc với mặt phản xạ. Trong 
trường hợp xa nguồn nổ, hàm Green có giá trị 
như sau: 
  4/c/rie
r
c2
w 
 
 (2) 
Trong đó, c là vận tốc truyền sóng,  là tần 
số góc và r là khoảng cách giữa điểm thu và mặt 
phản xạ. 
Thay phương trình (2) vào (1) ta có: 
Formatted: Centered, Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Indent: First line: 0.28", Line spacing: single
Field Code Changed
Formatted: Font: Not Italic
Formatted: Font: Not Italic
Field Code Changed
Field Code Changed
Formatted: Indent: First line: 0.28", Line spacing: single
Formatted: Font: Not Italic
 14 
Formatted: Font: Times New Roman, 12 pt
Formatted: Indent: First line: 0.25", Right: 0.25"
 dlcos'cose
r'r
)(R
e)(F
c8
1
),P(u i
C
4/i  


   
(3) 
vVới F()-phổ của tín hiệu đầu vào; 
 R(’)-hệ số phản xạ với góc phản xạ 
’. 
4.4. Kết quả mô phỏng tín hiệu và nhiễu 
 a) b) c) d) e) 
Hình 2. Mặt cắt địa chất CDP sau khi đã hiệu chỉnh động của các tín hiệu bao gồm tín hiệu 
có ích và nhiễu với các tỷ số tín hiệu có ích và nhiễu khác nhau a) không có nhiễu; 
4.b) tỷ số bằng 10; c) tỷ số bằng 5; d) tỷ số bằng 2; e) tỷ số bằng 1: 
Dựa trên thuật toán vừa nêu ở phần trên, sử 
dụng ngôn ngữ Fortran để viết phần mềm mô 
phỏng, nhóm tác giả xây dựng bài toán thuận 
trên mô hình các mặt cắt địa chấn điểm sâu 
chung (CDP) với tín hiệu nguồn nổ có dạng 
Ricker đã được mô phỏng với nhiễu ngẫu nhiên 
theo tỷ số tín hiệu và nhiễu thay đổi. Nhiễu 
ngẫu nhiên được mô phỏng bằng cách lọc giải 
tần các giá trị ngẫu nhiên theo phân bố Gauss 
và đưa vào tín hiệu theo nhiều giá trị tỉ số tín 
hiệu trên nhiễu khác nhau. Hình 2 biểu diễn các 
tập hợp điểm sâu chung với giá trị tỉ số tín 
hiệu/nhiễu thay đổi từ không có nhiễu đến tỷ số 
tín hiệu và nhiễu bằng 1. Rõ ràng khi nhiễu 
mạnh dần lên tiến tới tỷ số tín hiệu và nhiễu 
bằng 1 thì tín hiệu thu được là sự hỗn độn. 
Đối với những ảnh hưởng do biến đổi của 
bề mặt phản xạ, phần mềm mô phỏng cho kết 
quả như hình 3, trong đó độ bất đồng nhất trên 
bề mặt thay đổi từ 10m-50m (a-10m, b-20m, c-
30m, d-40m, e-50m). 3 cột tương ứng với 3 
điểm sâu chung (CDP) lấy dọc theo độ dài 
nghiên cứu là 1000m. Từ kết quả mô phỏng 
nhận thấy khi độ gồ ghề là 10 m thì tín hiệu 
phản xạ vẫn thể hiện bề mặt phản xạ, nhưng sự 
thể hiện này kém dần khi độ gồ ghề đạt 30 m, 
và sẽ không nhận biết được mặt phản xạ khi độ 
gồ ghề đạt đến 50m. 
b c d 
Hình 2:. Mặt cắt địa chất CDP sau khi đã hiệu chỉnh động của các tín hiệu bao gồm tín hiệu 
có ích và nhiễu với các tỷ số tín hiệu có ích và nhiễu khác nhau a) không có nhiễu; 
b) tỷ số bằng 10; c) tỷ số bằng 5; d) tỷ số bằng 2; e) tỷ số bằng 1 
a) b) c) d) e) 
Khoảng cách giữa các điểm nổ (m) 
ab ac ad 
Formatted: Indent: First line: 0"
Field Code Changed
Formatted: Indent: Left: 0", Line spacing: single
Formatted: Font: Not Italic
Formatted: Font: Not Italic
Formatted: Font: Not Italic
Formatted: Font: Not Italic
Formatted: Indent: Left: 0", First line: 0.28", Line
spacing: single
Formatted: Font: Not Italic
Formatted: Font: Not Italic
Formatted: Bullets and Numbering
Formatted: Space Before: 6 pt
Formatted: Centered, Line spacing: single
Formatted: Bullets and Numbering
Formatted: Justified, Indent: First line: 0.28", Line spacing:
 single
Formatted: Number of columns: 2
Formatted: Indent: First line: 0.28", Line spacing: single
Formatted: Font: 12 pt
Formatted: Font: 12 pt
Formatted: Font: 12 pt
Formatted: Centered, Line spacing: single
 15 
Formatted: Font: Times New Roman, 12 pt
Formatted: Indent: First line: 0.25", Right: 0.25"
Hình 3. Mặt cắt địa chấn CDP tương tự hình 1 với sự thay đổi ghồ ghề của mặt phản xạ với các 
tham số đưa vào biến đổi từ 10 đến 50 m trên 1000 m lần lượt theo các hình a, b, c, d, e. 
Trục thẳng đứng đo thời gian (ms) và trục ngang là khoảng cách thu nổ (m) 
a 
ab 
ac 
ad 
ae 
Formatted: Indent: First line: 0.28", Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Centered, Line spacing: single
 16 
Formatted: Font: Times New Roman, 12 pt
Formatted: Indent: First line: 0.25", Right: 0.25"
Tài liệu mô phỏng tín hiệu và nhiễu nói trên 
được sử dụng như dữ liệu đầu vào cho tính toán 
dịch chuyển và từ đó rút ra ảnh hưởng của 
nhiễu và biến đổi bề mặt lên mặt cắt địa chấn. 
4.5. Kết luận: 
Với nghiên cứu này chúng tôi đã mô phỏng 
tín hiệu trước xử lý với các tham số thay đổi là 
tỷ số tín hiệu trên nhiễu và sự thay đổi bề mặt 
phản xạ, giải quyết được bài toán thuận địa vật 
lý theo 2 mô hình là tỷ số tín hiệu với nhiễu và 
độ gồ ghề của mặt phản xạ. Nghiên cứu chỉ ra 
khi tỷ số tín hiệu và nhiễu càng thấp thì số liệu 
thu được tại các điểm CDP sẽ không phản ánh 
được mặt phản xạ, ngược lại khi độ gồ ghề của 
bề mặt phản xạ tăng lên thì số liệu thu được tại 
các điểm CDP sẽ không phản ánh được mặt 
phản xạ. Kết quả này đáp ứng được mục tiêu là 
làm sáng tỏ các ảnh hưởng lên số liệu thu được 
trước xử lý. Đồng thời đây cũng là số liệu đầu 
vào cho việc nghiên cứu tiếp theo là ảnh hưởng 
của nhiễu và ảnh hưởng địa chất của mặt phản 
xạ trong phương pháp dịch chuyển địa chấn- 
một bước quan trọng trong chuỗi xử lý số liệu. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Bone G., Nguyen T. G., 2008. 
Improvement in seismic imaging in fractured 
basement, Block 15-1, offshore Vietnam. The 
second International Conference “Fractured 
Basement Reservoir”-Vung Tau- 9-13th . 
[2]. Nguyen H. N., 2006. Application of Post-
Stack technologies to improve seismic imaging 
for inside the Pre-Tertiary Basement. 
International Conference on “Fractured 
Basement Reservoir”- Vietsovpetro 2006- Vung 
Tau. 
[3]. Pham D., Sun Jason, Sun Jame, Tang Q., 
Bone G., Nguyen T. G., 2008. Imaging of 
fracture and faults inside granite basement 
using controlled beam migration. 7th 
International Conference & Exposition on 
Petroleum Geophysics, India. 
[4]. Yilmaz, O., 1987, Seismic Data processing.
SUMMARY 
Matematical modeling of the signal and noise to study fractured basement 
Phan Thiêen HươngHuong, University of Mining and Geology 
Sumary: The detection of fracture zones from signatures in seismic data has created a great 
interest. Besides a number of successes that have been published there are several failures due to 
pitfalls caused by noise. In this study, the authors simulate prestack reflected signals from irregular 
boundaries and random noise using Kirchhoff-Helmholtz algorithm. The synthetic data are used as 
one of input for processing and analysis steps, the outcome of which shall be a criterion to 
discriminate the noise effects from the signatures of fracture zones on migrated seismic sections. 
b 
c 
d 
e 
Hình 3:. mặt cắt địa chấn CDP tương tự hình 1 với sự thay đổi ghồ ghề của mặt phản xạ 
với các tham số đưa vào biến đổi từ 10 đến 50 m trên 1000 m lần lượt the các hình a, b
c, d, e. Trục thẳng đứng đo thời gian (ms) và trục nga g là khoảng cách thu nổ (m) 
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Number of columns: 2
Formatted: Indent: First line: 0.28", Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Bullets and Numbering
Formatted: Indent: First line: 0.28", Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Left: 0.79", Right: 0.79", Section start:
Continuous, Width: 8.27", Height: 11.69", Header distance
from edge: 0", Footer distance from edge: 0.79"
Formatted: Font: Bold
Formatted: Centered, Line spacing: single
Formatted: Font: Bold
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
 17 
Formatted: Font: Times New Roman, 12 pt
Formatted: Indent: First line: 0.25", Right: 0.25"
TÀI LIỆU THAM KHẢO: 
[1]. Bone G., Nguyen T. G., (2008) “Improvement in seismic imaging in fractured basement, Block 
15-1, offshore Vietnam”-The second International Conference “Fractured Basement Reservoir”-
Vung Tau- 9-13th . 
[2]. Nguyen H. N., (2006)- “Application of Post-Stack technologies to improve seismic imaging for 
inside the Pre-Tertiary Basement”- International Conference on “Fractured Basement Reservoir”- 
Vietsovpetro 2006- Vung Tau. 
[3]. Pham D., Sun Jason, Sun Jame, Tang Q., Bone G., Nguyen T. G., (2008) “ Imaging of fracture 
and faults inside granite basement using controlled beam migration”-7th International Conference & 
Exposition on Petroleum Geophysics, India. 
 [4]. Yilmaz, O., 1987, Seismic Data processing 
GVC.TS. Phan Thiên Hương, bộ môn Địa vật lý, trường ĐH Mỏ địa chất, huongpt@hotmail.com 
Formatted: Centered, Indent: Left: 0", Line spacing: 
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Font: 12 pt
Formatted: Font: 12 pt, Not Bold