Методика повышения геологической информативности сейсмических временных разрезов по алгоритмам направленного суммирования сейсмограмм одинакового удаления

Специальность 25.00.10 –

«Геофизика, геофизические методы

поисков полезных ископаемых»

диссертации на соискание учёной степени

кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург – 2008

профессор, заслуженный геолог РФ

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических

наук, доцент Писецкий Владимир

Борисович
доктор технических наук

Ибраев Валерий Иванович

Ведущая организация – ГОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Защита состоится « 22 » декабря 2008 г. в 9-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП-126, ул. Куйбышева, 30 (III уч. корпус, конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан « 21 » ноября 2008 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета А.Б. Макаров
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований.

Поиски и разведка месторождений нефти и газа в сложнопостроенных средах, таких как горные системы, зоны многочисленных надвигов и шарьяжей Восточной Сибири, в предгорьях Урала остаются пока слабо разработанным направлением нефтегазовой геологии. Природа, структура и нефтеперспективность сложных геологических объектов, приуроченных к верхней части разреза, представляют собой одну из актуальных проблем в нефтегазовой геологии. Данная работа представляет научную разработку, направленную на повышение информативности сейсмических разрезов в сложных геологических условиях. На примерах результатов сейсмических работ юго-запада Свердловской области и п-ова Таймыр показаны пути решения данной проблемы с помощью временных разрезов направленного видения среды.

• 
  Проведен анализ нового подхода формирования специальных сейсмограмм одинакового удаления (ОУ) метода многократных перекрытий.
  
• 
  Проведено экспериментальное опробование технологии с использованием синтетических и реальных данных для обоснования целесообразности применения данного подхода при обработке сейсмических данных (на основании выполненных экспериментов показана эффективность исследуемых подходов для решения соответствующих геолого-геофизических задач).
  
• 
  В процессе получения временных разрезов направленного видения по сейсмограммам одинакового удаления выявлена взаимосвязь угловых и азимутальных параметров при построении изображений различных геологических объектов.
  

• 
  разработана методика построения временных разрезов направленного видения среды по сейсмограммам ОУ;
  
• 
  опробованы новые подходы к повышению геологической информативности сейсмических данных с низкой и/или неравномерной кратностью;
  
• 
  разработаны новые подходы для выделения в сейсмическом разрезе целевых геологических объектов (крутопадающие отражающие границы, зоны трещиноватости и т.д.).
  

1. 
   Предложен специализированный граф построения временных разрезов, позволяющий осуществить селекцию волн по признакам пространственно-временной направленности.
   
2. 
   Обоснована технология разделения отражающих границ по угловым и азимутальным характеристикам.
   
3. 
   Доказана геологическая эффективность предлагаемой методики на практических примерах интерпретации временных разрезов направленного видения с целью последовательного анализа тектонических элементов в условиях сложнодислоцированных осадочных комплексов.
   

• 
  применение временных разрезов направленного видения среды позволяет существенно увеличивать соотношение сигнал/помеха на окончательных временных разрезах, повышая тем самым правильность геологической интерпретации;
  
• 
  использование временных разрезов направленного видения среды обеспечивает повышение детальности изображения объектов, являющихся традиционно сложными для методики ОГТ;
  
• 
  локализация уточненных объектов при помощи новой методики дает ключ к поиску месторождений в сложнопостроенных толщах с многочисленными разрывными дислокациями (сбросы, взбросы, сдвиги, надвиги).
  

По теме диссертационной работы опубликовано восемь статей, в том числе одна в рецензируемом ВАК журнале – «Технологии сейсморазведки». №3, 2005. – Тверь, С.49-55.

Особую признательность автор выражает своему научному руководителю д.г.-м.н. В.И. Бондареву. Большую помощь в работе оказали к.г.-м.н. С.М. Крылатков, д.г.-м.н. А.А. Нежданов.

Автор благодарен к.г.-м.н. В.И. Казаису, к.г.-м.н. Д.Г. Кушниру, к.ф.-м.н.  Н.А. Голярчуку и к.г.-м.н. В.А. Балдину за поддержку и помощь в работе.

Автор выражает признательность за помощь при проведении экспериментальных исследований к.г.-м.н. В.В. Рябкову, к.г.-м.н. М.Т. Близнецову, а также к.ф.-м.н.  К.В. Кривошее, к.г.-м.н.  В.Л. Трофимову, к.г.-м.н.  В.Б. Чистякову, к.ф.-м.н. С.Ю. Млокосевичу, к.г.-м.н. В.А. Милашину, к.г.-м.н. В.В. Кондрашкову за консультации при выполнении работы, д.т.н. В.И. Уткину, д.г.-м.н.  С.Н. Кашубину за ценные замечания. Автор благодарит М.М. Резника,  Ю.З. Сегаля, А.В. Первушина, И.А. Козлову, М.В. Луцкину, Н.А. Крылаткову, А.В. Рыбалко, Л.И. Десятниченко, Ю.М. Горбачёва за сотрудничество, понимание и поддержку.

основные задачи исследования, защищаемые положения, научна я новизна

и практическая значимость работы.
Глава 1. Обзор ранее проведенных исследований
В главе дано описание истории развития теории МОВ и миграционных преобразований в сейсморазведке. Проведен анализ современного состояния проблемы с учетом работ зарубежных исследований. В главе введены основные понятия и определения, смысл которых показан на простых примерах.

Развитие теории и практики сейсморазведки представляет собой непрерывную цепь разнообразных технических и методических усовершенствований, направленных, в конечном счете, на повышение надежности выделения слабых полезных сейсмических колебаний на фоне регистрирующихся помех. Наиболее серьезные проблемы в сейсморазведке МОВ создают регулярные сейсмические волны-помехи типа кратных отраженных волн от неглубоко залегающих сейсмических границ, различного рода обменные и дифрагированные волны, средне- и высокоскоростные поверхностные волны и др. Начало серьезных успехов в борьбе с этими типами волн-помех в сейсморазведке было заложено патентом У. Мейна. Он предложил для борьбы с регулярными волнами-помехами применять вместо вертикального накапливания сейсмических записей их горизонтальное накапливание.

Технологию прослеживания отражающих границ на основе горизонтального накапливания стали называть методикой многократных перекрытий (ММП). Для общепринятой схемы накапливания используемая технология ММП получила название метод общей глубинной точки (МОГТ).

Новая идеология ведения сейсморазведочных работ оказалась весьма плодотворной по двум причинам. Многократные наблюдения по технологии ММП, проводимые на разных базах, позволяют, как и прежде, в значительной мере ослабить влияние случайных волн-помех. Однако одновременно, путем суммирования записей, полученных на разных удалениях “источник-приемник” и последующего введения в них специально подобранных кинематических поправок, можно создать оптимальные условия для выделения интересующего нас класса однократных отраженных волн. При этом параллельно осуществляется и подавление нежелательных регулярных волн-помех, обладающих, как правило, другими кинематическими свойствами. Эта схема борьбы с регулярными волнами-помехами, особенно с кратными отраженными волнами, достигла такой эффективности, что сейчас уже невозможно представить сейсмическую разведку без работ по этой технологии. Поэтому в настоящее время практически почти все сейсморазведочные работы на нефть и газ ведутся по технологии горизонтального накапливания - методом общей средней точки с высокой кратностью наблюдений.

При выполнении наземных сейсмических наблюдений методом многократных перекрытий возможны два принципиально разных подхода в формировании сейсмограмм ММП отраженных волн.

Первый подход к подбору трасс сейсмограмм ММП предполагает задание фиксированного положения точки отражения на сейсмической границе при всех возможных (допустимых) положениях пунктов возбуждения относительно зафиксированной на профиле (площади исследований) общей расчетной точки. При этом можно найти положение точек выхода соответствующих сейсмических лучей отраженных волн. Сейсмограммы ММП, сформированные на основе этого принципа, принято называть сейсмограммами фиксированной точки отражения (ФТО). На возможность такого принципа формирования сейсмограмм отраженных волн в методе многократных перекрытий впервые в СССР было указано Н. Н. Пузыревым. В последующем эти идеи независимо развивались в работах А. Н. Левина, Г. Н. Яшкова и др. К сожалению, использование этого принципа выборки трасс для сейсмограмм ММП требует предварительных сведений о пространственном положении отражающей границы. По этой причине практическое применение этого метода ограничено.

Второй подход к формированию сейсмограмм ММП предполагает задание равноудаленного положения пунктов возбуждения и приема относительно известного положения общей расчетной точки. О возможности такого подхода впервые было сказано Мейном в работах [Мейн, 1950, 1962]. В этом подходе всегда предполагается, что источник и приемник должны находиться на равном расстоянии от общей средней точки, и все эти три точки должны лежать на одной прямой линии. На практике получение сейсмограмм ММП по этому принципу, в отличие от метода фиксированной точки отражения (МФТО), не встречает никаких затруднений. Такой способ формирования сейсмограмм ММП не требует предварительных знаний о положении точек отражения на сейсмической границе. При этом по умолчанию обычно приближенно предполагается, что точка отражения лежит на сейсмической границе под общей расчетной (средней) точкой. Данное допущение точно выполняется только для горизонтально расположенных отражающих границ. Простота формирования сейсмограмм ММП таким способом и достаточно высокая геологическая эффективность получаемых временных разрезов сделали МОГТ основным способом современной сейсмической разведки.

Для повышения эффективности сейсморазведочных работ в сложных сейсмогеологических условиях Бондаревым В.И. и Крылатковым С.М. был предложен более общий принцип несимметричного формирования сейсмограмм ММП, разработана теория волновых полей, регистрируемых при этом, предложены алгоритмы использования таких полей для получения временных разрезов направленного видения. Автор принимал участие в опробовании разработанной теории на теоретических моделях и экспериментальных данных, им разработан ряд элементов технологии получения временных разрезов нового типа. В соответствии с предложенным принципом предполагается (рис. 1):

• 
  источник, общая расчетная точка (ОРТ) и приемник могут находиться не на одной прямой линии;
  
• 
  отношение удаления приемника от ОРТ l2 к удалению источника от ОРТ l1 (a=l2/l1) может задаваться в виде некоторой функциональной зависимости.
  

Технологию получения сейсмограмм ММП, согласно предложенному принципу и их последующий анализ в целях изучения геологической среды В.И. Бондарев и С.М. Крылатков назвали способом общей глубинной площадки в методе отраженных волн (МОВ-ОГП).

Полезность нового вида сейсмограмм ММП, прежде всего, может заключаться в том, что с их помощью становится возможным уверенное изучение сейсмических границ, имеющих более широкий диапазон углов наклона. Более того, на базе использования предлагаемой теории асимметрично

Рис. 1. Схема условных обозначений, принятая при выводе исходных уравнений теории годографов отраженных волн [1]

Целесообразность получения стандартных временных разрезов направленного видения на базе сейсмограмм асимметричного принципа сборки трасс в полной мере еще не выяснена. Тем не менее, можно утверждать, что сейсмические трассы, объединенные в новые ансамбли, отличные от совокупности ОСТ, могут подчеркивать или выявлять также и иные, новые, особенности строения среды на временном разрезе (рис. 2, 3).

Рис. 2. Глубинная модель среды (а), разрез направленного видения для границы с отрицательным углом наклона (б), разрез направленного видения для субгоризонтальных границ (в)

Рис. 3. Расчетные а-сейсмограммы ОУ-2D для пикетов 5350 и 23900 профиля наблюдений (а); расчетные суммоленты РНА-ОУ-2D для соответствующих пикетов профиля наблюдений (б)

Для получения временного разреза по сейсмограммам нового типа необходимо, прежде всего, научиться правильно рассчитывать нужные кинематические поправки. Эти поправки, как правило, будут отличаться от аналогичных поправок в методе ОСТ. В простейшем случае профильных 2D наблюдений, ориентированных в крест простирания сейсмических границ, следует, что величины поправок на каждом пикете наблюдений будут зависеть не только от величины скорости суммирования V_ОСТ, но и от значений углов наклона отражающих границ в этой части профиля наблюдений. Поэтому для расчета и ввода таких поправок на каждом пикете профиля необходимо знание не только скоростей суммирования, но и углов наклона границ. В этом смысле возникает непростая ситуация, близкая к задаче корректировки кинематических поправок за наклон отражающей границы (DMO) в методе ОСТ.
Глава 3. Технология разделения отражающих границ по угловым и азимутальным характеристикам
Автором предложен следующий алгоритм решения данной задачи, операции по которому выполняются в два этапа. В процессе выполнения первого этапа следует воспользоваться величинами кинематических поправок, уже найденными на этапе стандартной обработки данных по технологии метода ОСТ. На втором этапе, после нахождения углов наклона границы каким-либо из предлагаемых ниже способов, возможно введение дополнительных кинематических поправок, которые и позволят окончательно подготовить совокупность трасс (МОВ-ОГП или МФТО) к их суммированию. После этого становится возможным получение итогового временного разреза. Моделирование такой технологии формирования временных разрезов по названной схеме не представляет особой сложности и поэтому здесь не приводится. Сами же временные разрезы, формируемые по данным сейсмограмм асимметричной сборки, будут нами демонстрироваться одновременно с показом технологии получения разрезов повышенной горизонтальной разрешенности. В данной главе приводятся примеры, доказывающие эффективность предложенной технологии на моделях, реализованных в различных обрабатывающих комплексах. Изложенные в главе примеры, иллюстрирующие возможности новой технологии детального анализа материалов сейсмической разведки ММП, позволяют указать следующие два главных направления использования сейсмограмм асимметричного принципа формирования:

- получение временных разрезов общепринятого типа, обладающих новыми качествами в сравнении с обычными разрезами метода ОСТ (рис. 5) (повышенная латеральная разрешенность, пониженная чувствительность к дифрагированным волнам и т. п.);

• 
  определение угловых (рис. 4) и азимутальных характеристик залегания отражающих границ по данным как профильных (2D), так и площадных (3D) сейсмических исследований с целью использования их при построении более эффективных технологий обработки сейсмической информации.
  

а – (-10⁰); б - 13⁰

Рис. 5. Временные сейсмические разрезы, построенные с использованием различных типов сейсмограмм ММП: а – «истинный временной разрез», соответствующий исходной сейсмической модели, построенный без миграции; б - «истинный временной разрез», соответствующий исходной сейсмической модели и разрез, построенный на базе использования совместной технологии МОВ-ОГП и МФТО

Следующим шагом в этом направлении может быть уточнение значений введенных ранее статических поправок. При этом следует учесть, что трассы сейсмограмм МОВ-ОГП могут иметь новые, иные значения статических поправок, чем сейсмограммы ОСТ. Это связано с тем, что на сейсмограммах МОВ-ОГП трассы данного удаления могут быть связаны с другими пунктами возбуждения, нежели на сейсмограммах ОСТ. Аналогичным образом должны быть подготовлены и новые кинематические поправки, поскольку удаления ПВ - ПП для разных трасс сейсмограмм МОВ-ОГП могут несколько отличаться от удалений, использованных при вводе кинематики в сейсмограммы ОСТ.

В процессе опробования описанной в работе технологии нами выполнялась обработка сейсмических материалов на нескольких производственных объектах с использованием комплекса программ “RNV” (Резник М.М.) и SPS-PC (Голярчук Н.А.).

Комплекс “RNV” состоит из следующих программ:

• 
  анализ геометрии криволинейного профиля и выбор баз суммирования;
  
• 
  выделение регулярных волн на выбранных базах;
  
• 
  селекция отражающих площадок по параметрам соответствующих им отраженных волн, углу падения, времени прихода.
  

На основе предварительной селекции выделенных волн по амплитуде, когерентности, частоте, времени прихода, углу падения можно сформировать временные разрезы различного содержания.

При обработке данных, полученных на криволинейных профилях, по методу регулируемого направленного анализа (РНП) (входные данные - сейсмограммы общей точки возбуждения (ОТВ)) возникает проблема, связанная с ограничением выбираемой длины базы суммирования (не более ¼ видимого периода длины волны), которая, в свою очередь, ограничена кривизной годографа. Сейсмограммы ОУ, полученные, в свою очередь, с помощью комплекса “RNV”, позволяют использовать гораздо большую базу суммирования.

Для демонстрации изложенной технологии построения и применения временных разрезов направленного видения были использованы региональные и площадные полевые материалы, полученные при сейсмических работах 2D в Свердловской области.

Район работ (Артинский нефтегазовый район) находится в области сложного сочленения Восточно-Европейской (Русской) платформы с Уральской складчатой системой. Он пространственно приурочен к Юрюзано-Сылвенской депрессии Предуральского передового (краевого) прогиба и Западно-Уральской зоне краевых структур складчатого Урала. Для Западно-Уральской зоны характерно повсеместное распространение не просто линейной складчатости, но шарьяжно-складчатых структур.

Данная территория рассматривается как перспективная на обнаружение месторождений углеводородов с большим разнообразием структурных, стратиграфических и структурно-литологических ловушек. Предпосылками являются: большие объёмы нефтегазоматеринских пород, залегающих на благоприятных для генерации УВ глубинах, распространение под надвигами положительных локальных структур и наличие разноориентированных зон разломов, служащих транспортными коридорами для вертикальной и латеральной миграции УВ.

Полученные временные разрезы на временах от 200 до 900 мс в дополнение к основным результатам обработки МОГТ (рис. 6) позволяет подтвердить основные элементы геологического строения, дополнительно выделить в разрезе крутопадающие границы и точки дифракции, обусловленные тектоникой, более объективно оценить ненарушенность основных отражающих границ.

В качестве следующего примера применения временных разрезов направленного видения взяты сейсмические материалы ОАО «Таймыргеофизика». Автор данной диссертации принимал непосредственное участие в обработке части этих материалов. Некоторые результаты показаны на рис. 7.

В административном отношении участок сейсморазведочных работ находится в Диксонском районе Таймырского (Долгано-Ненецкого) национального округа Красноярского края Российской Федерации. Географически он расположен между Енисейским заливом и р. Пясина, занимая западное окончание гор Бырранга на полуострове Таймыр.

Профили северного окончания опорного маршрута Диксон – оз. Хантайское целиком расположены в пределах западной части Таймырской складчатой области, где, по геологическим данным, доминируют дизъюнктивно-пликативные структуры Таймырской надвиговой системы, в то время как области развития надвиговых структур почти повсеместно рассматриваются в качестве первоочередных объектов поисков залежей углеводородов (месторождения в подобных структурах открыты в США, Иране, Венесуэле и др. странах).

Рис. 6. Фрагменты сейсмических временных разрезов, полученных по результатам обработки: 1а, 2а – по стандартной методике; 1б, 2б – по новой технологии

На момент проведения отчетных работ здесь не завершена геологическая съёмка масштаба 1:200000, не пробурено ни одной глубокой скважины, не отработано ни одного сейсмического профиля (ни МОВ, ни МОГТ).

Сейсморазведочные работы на северной части профиля Диксон – оз. Хантайское решают исключительно важную задачу получения первых фактических данных о глубинном геологическом строении одного из самых малоизученных районов Таймыра.

Рис.7. Фрагменты обработки южной части профиля 020600: а – по стандартной обработке; б – с применением новой технологии

В результате применения новой технологии временной разрез на временах от 600 до 1200 мс в дополнение к основным результатам обработки позволяет подтвердить основные элементы геологического строения, дополнительно выделить в разрезе дополнительные границы и точки дифракции, обусловленные тектоникой, более объективно оценить ненарушенность основных отражающих границ. Таким образом, показано совпадение результатов с самыми разными подходами, то есть демонстрируется высокая эффективность выполненной обработки, которая позволила достичь максимальной информативности сейсмического материала в крайне сложных сейсмогеологических условиях.

В данной работе автором впервые сделана и практически реализована теория временных разрезов направленного видения для данных 2D, на основе оригинального критерия - сейсмограмм асимметричного принципа формирования. Предложенная технология позволяет существенно увеличить соотношение сигнал/помеха на временных разрезах с низкой и/или неравномерной кратностью, повышая тем самым правильность геологической интерпретации.

На основе созданного подхода объяснен целый ряд экспериментально выработанных практических рекомендаций, обеспечивающих повышение детальности изображения объектов, являющихся традиционно сложными для методики ОГТ. Можно надеяться, что в будущем предлагаемые подходы найдут своё практическое применение при обработке трехмерных пространственных сейсмических исследований.

Автор понимает, что применение временных разрезов направленного видения не является идеальным, а в некоторых аспектах, возможно, и спорно. Приведенные выше результаты исследований являются первыми шагами в этом направлении.

1. 
   Временные разрезы направленного видения в сейсморазведке методом многократных перекрытий/ Бондарев В.И., Крылатков С.М., Смирнов А.С.// Технологии сейсморазведки. – 2005. – №3. – С.49-55.
   

Работы, опубликованные в других изданиях:

2. 
   Смирнов А.С. Исследование путей повышения эффективности сейсмической разведки на основе несимметричного суммирования данных многократного перекрытия/ Смирнов А.С.// Третья Уральская молодежная научная школа по геофизике: сборник докладов. - Екатеринбург: УрО РАН, 2002. - С. 100-102.
   
3. 
   Смирнов А.С. Несимметричное формирования сейсмограмм МОВ ОГТ как средство детализации сейсмического временного разреза/ Смирнов А.С.// Материалы IX международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов». М., 2002. - С. 132-135.
   
4. 
   Смирнов А.С. Новые возможности сейсморазведки при больших углах наклона границ/ Смирнов А.С.// Материалы четвертой Международной научно-практической геолого-геофизической конкурс-конференции молодых ученых и специалистов «Геофизика-2003». - СПб: ФГУНПП «Геологоразведка», 2003. - С. 174-175.
   
5. 
   Смирнов А.С. Совершенствование методики многократных перекрытий в сейсморазведке/ Смирнов А.С.// Материалы международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». - М., 2003. - С. 113-114.
   
6. 
   Смирнов А.С. Проблемы поисков нефти и газа на Таймыре/ Смирнов А.С.// Материалы V Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века». - Саратов, 2004. - С. 59.
   
7. 
   Смирнов А.С. Новые возможности методики многократных перекрытий в сейсморазведке для изучения ВЧР Артинского нефтегазоносного района/ Смирнов А.С.// Современные проблемы геофизики: Седьмая Уральская молодежная научная школа по геофизике: сборник материалов. - Екатеринбург, 2006. - С. 145-147.
   
8. 
   Смирнов А.С. Новый способ обработки сейсмических данных при изучении сложнодислоцированных осадочных толщ/ Первушин А.В., Сегаль Ю.З., Смирнов А.С.// Материалы международной конференции и выставки «Санкт-Петербург-2006». - СПб, 2006.
   

Смирнов Александр Сергеевич

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Подписано в печать 14 ноября 2008г.

Формат 60х84/16 Бумага офсетная

Печ. л. 1.0

Тираж 100 экз. Заказ № ____
Размножено с готового оригинала макета в типографии

лаборатории множительной техники УГГУ