WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 


На правах рукописи

Огородова Ирина Владимировна

учет скоростной анизотропии пород верхней части разреза для повышения геологической

эффективности сейсморазведки

(на примере Пермского Прикамья)

Специальность 25.00.10 –

Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Пермь 2012

Работа выполнена на кафедре геофизики ФГБОУ ВПО «Пермский

государственный национальный исследовательский университет»

Научный руководитель:

Спасский Борис Алексеевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор

Официальные

оппоненты:

Силаев Валерий Аркадьевич,

доктор технических наук, профессор, генеральный директор нефтедобывающего предприятия «Институт РОСТЭК», г. Пермь

Лаптев Александр Павлович, кандидат геолого-минералогических наук,

главный инженер

ОАО «Пермнефтегеофизика», г. Пермь

Ведущая организация:

Горный институт

Уральского отделения РАН, г. Пермь

       Защита состоится  5 апреля 2012 г., в 15-30, на заседании диссертационного совета Д 212.189.01 при Пермском государственном национальном исследовательском университете на адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15, ПГНИУ, корпус 1, этаж 4, зал заседаний ученого совета.

       С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного национального исследовательского университета.

       Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, в двух экземплярах просим направлять по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15, Пермский государственный национальный исследовательский университет, ученому секретарю диссертационного совета.

       Факс: (342) 239-68-32, e-mail: geophysic@psu.ru

       Автореферат разослан  «___»  февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.189.01,

  доктор технических наук, профессор  В.А. Гершанок

Общая характеристика работы



Актуальность темы диссертации

Одной из важных задач при проведении сейсмических работ методом отраженных волн по методике общей глубинной точки (МОВ ОГТ) является необходимость учета скоростных неоднородностей пород верхней части геологического разреза (ВЧР). Как показывает практика, погрешности определения статических поправок из-за недоучета скоростной неоднородности ВЧР приводят к разбросу времени регистрации полезных (отраженных) волн на сейсмограммах ОГТ. При последующем суммировании трасс этот разброс ведет к снижению эффективности выделения отраженных волн на фоне помех, повышению величин погрешностей структурных построений и искажению динамических особенностей отраженных волн. В последние годы определение статических поправок в основном проводится по годографам преломленных волн (временам первых вступлений на сейсмограммах метода отраженных волн). Поскольку в этом случае фактически изучаются граничные скорости, т.е. скорости колебаний распространяющихся в горизонтальном направлении, то их величина будет зависеть от степени анизотропности пород.

Помимо определения статических поправок данные о степени анизотропности пород могут, хотя бы на качественном уровне, свидетельствовать о наличии зон повышенных и пониженных деформационных свойств  пород. Аварийные ситуации, произошедшие в последние годы на территории Пермского края в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей (ВКМКС), показали необходимость разработки методов повышения достоверности и оперативности получения информации о физическом состоянии пород водозащитной толщи.

Учет скоростной анизотропии пород позволяет повысить эффективность сейсморазведки  МОВ ОГТ, как при решении инженерно-геологических задач, так и при поисках и разведке месторождений нефти и газа, особенно при 3D наблюдениях.

Цель работы

Научное обоснование и разработка методов определения анизотропных свойств пород верхней части разреза по данным преломленных волн для повышения эффективности сейсморазведки МОВ ОГТ, выявление участков разуплотнения пород по комплексу геофизических методов.

Основные задачи исследований

  1. Создание обобщенных скоростных моделей ВЧР на основе анализа данных, полученных в пределах участков различной тектонической приуроченности, необходимых для оценки степени влияния анизотропности пород на результаты сейсмических исследований.
  2. Анализ и оценка вариаций погрешностей расчетных статических поправок, возникающих из-за недоучета горизонтальной анизотропии скоростей в отложениях верхней части разреза и оказывающих влияние на эффективность результатов сейсморазведочных работ МОВ ОГТ.
  3. Разработка технологий изучения анизотропных свойств пород верхней части разреза по данным преломленных волн (первых вступлений), регистрируемых при проведении 2D и 3D сейсмических работ МОВ ОГТ.
  4. Анализ степени неоднородности физико-геологической модели ВЧР по комплексу геофизических методов и выявление пространственных (на основе этой модели) закономерностей распределения  скоростных, электрических и плотностных свойств надсолевой толщи разреза с применением геоинформационных систем.

Основные защищаемые положения

  1. Обобщенные скоростные модели верхней части разреза, основанные на анализе акустических свойств пород, позволяют оценить влияние горизонтальной скоростной анизотропии и повысить точность определения статических поправок.
  2. Технологии изучения горизонтальной скоростной анизотропии пород верхней части разреза, основанные на использовании временных полей первых вступлений, позволяют повысить эффективность сейсморазведки.
  3. Методика создания физико-геологических моделей по комплексу геофизических данных, основанная на использовании геоинформационных систем, позволяет изучить пространственные закономерности распределения скоростных, электрических и плотностных свойств пород.

Научная новизна

  1. На основе статистической обработки сейсмокаротажных наблюдений составлены обобщенные сейсмогеологические модели пород верхней части разреза, соответствующие участкам с различной тектонической приуроченностью.
  2. Впервые проведена оценка точности определения статических поправок от степени анизотропности и параметров скоростных моделей пород верхней части разреза с использованием времен первых вступлений.
  3. Количественно доказана необходимость учета скоростной горизонтальной анизотропии при вычислении статических поправок в средах, в которых коэффициент анизотропии превышает 0,05.
  4. Обоснована возможность использования геоинформационных технологий для выявления пространственных закономерностей распределения физических свойств горных пород по комплексу геолого-геофизических данных.
  5. Предложена методика трехмерной визуализации физико-геологических моделей при выявлении особенностей строения надсолевой толщи (прогнозирование участков нарушения целостности водозащитной толщи и вычисления прогнозного объема пород, затронутых разрушением).

Личный вклад автора

Все положения, выносимые на защиту, выполнены автором или при его непосредственном участии. Автором проведены исследования сейсмокаротажной информации и разработаны обобщенные сейсмогеологические модели ВЧР для разных площадей Пермского края. Для этих моделей определены величины погрешностей статических поправок в зависимости от степени горизонтальной анизотропности пород верхней части разреза и особенностей их строения. Разработаны технологии изучения скоростной анизотропии пород по временам первых вступлений данных 2D и 3D сейсморазведки МОВ ОГТ. На основе комплекса геолого-геофизических данных с использованием геоинформационных систем создана физико-геологическая модель на примере Белопашненской нефтеносной структуры и выявлены пространственные  закономерности распределения  скоростных, электрических и плотностных свойств пород водозащитной толщи разреза.

Большая часть научно-исследовательских работ выполнялась в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 гг.» по теме «Создание геофизических технологий мониторингового контроля при шахтной разработке калийно-магниевых солей и методики интерпретации для сложных карбонатных коллекторов нефтяных месторождений», НИР «Проведение поисковых научно-исследовательских работ» по направлению «Естественные науки» по проблеме «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области естественных наук» в Приволжском (Казанском) федеральном университете, договоров с ООО «Лукойл-Пермь» в которых автор принимала непосредственное участие.

Практическая значимость исследований

  1. Составлены обобщенные сейсмогеологические модели верхней части разреза на основе анализа материалов сейсмокаротажных наблюдений.
  2. Предложена методика определения погрешностей статических поправок по временам первых вступлений с использованием моделей с различной степенью горизонтальной анизотропии пород верхней части разреза выделения отраженных волн на фоне помех.
  3. Разработаны технологии изучения скоростной анизотропии и выявления аномальных зон в пределах верхней части разреза с применением существующих программных продуктов геоинформационных систем.

Публикации и апробация работы

По теме диссертации опубликовано 18 печатных  работ, из  них 3 статьи в журналах из перечня ВАК. Основные результаты исследований и положения диссертационной работы докладывались с 2003 по 2011 гг. на международных и региональных конференциях: «Геологи XXI века» (Саратов, 2003, 2004, 2007); «Геология и полезные ископаемые  Западного Урала» (Пермь, 2004, 2005, 2008, 2011); «Пятая Уральская молодежная научная школа по геофизике» (Екатеринбург, 2004), «Шестая Уральская молодежная научная школа по геофизике» (Пермь, 2005), «Восьмая Уральская молодежная научная школа по геофизике» (Пермь, 2007), «Девятая Уральская молодежная научная школа по геофизике» (Екатеринбург, 2008); «Ломоносов» (Москва, 2007, 2008), «Молодые – наукам о Земле» (Москва, 2008), «Вопросы теории и практики геофизических полей» (Пермь, 2011).

Работа над диссертацией активно поддерживалась коллегами – сотрудниками кафедры геофизики Пермского государственного университета. Автор глубоко благодарен научному руководителю – доктору геолого-минералогических наук, профессору Б.А. Спасскому и выражает искреннюю благодарность кандидату геолого-минералогических наук, доценту И.Ю. Митюниной, кандидату геолого-минералогических наук, доценту И.Ю. Герасимовой, доктору технических наук, профессору В.А, Гершаноку, кандидату геолого-минералогических наук, профессору Л.А. Гершанок за помощь, поддержку и ценные советы. Автор очень признателен доктору геолого-минералогических наук С.Г. Бычкову и кандидату геолого-минералогических наук, доценту Ю.И. Степанову за возможность использования полевых материалов по гравиразведке и электроразведке. Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры геофизики Приволжского (Казанского) федерального университета – И.Ю.Черновой, Г.И. Нурманову за консультации и полезные советы.





Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения. Изложена на 171 странице машинописного текста, включает 59 рисунков, 3 таблицы и содержит список литературы из 214 наименований.

Содержание диссертации

В первой главе «Особенности геолого-геофизического строения пород осадочного чехла Пермского края»  на основании работ И.Х. Абрикосова, Ю.М. Александрова, Т.В. Белоконь, В.Н. Быкова, В.И. Галкина, В.М. Гецена, А.П. Лаптева, В.М. Неганова, В.М. Проворова,  Л.В. Шаронова, К.С. Шершнева, С.А. Шихова изложены особенности сейсмогеологического строения территории Пермского края, который приурочен к северо-восточной окраине Волго-Уральской и юго-востоку Тимано-Печорской нефтегазоносных провинций. В комплексе геологоразведочных работ на нефть и газ сейсморазведке методом отраженных волн в настоящее время отводится основная роль, так как  сейсмические разрезы помогают получать сведения о структуре геологических толщ, вещественном составе пород и условиях осадконакопления.

Основным фактором снижения эффективности геологических работ является увеличение количества так называемых «пустых» структур. Одной из причин этого явилось смещение геологоразведочных работ в районы с более сложными геологическими условиями. Эта сложность связана как с поверхностными, так и с глубинными особенностями строения геологического разреза, а также с уменьшением амплитуды, площади и латеральной неоднородности подготавливаемых объектов.

Из анализа причин расхождения данных глубокого бурения и сейсморазведки вытекает, что точность структурных построений на территории Пермского края часто зависит от изученности и степени учета неоднородностей скоростного строения верхней части разреза.  Под ВЧР автором понимается толща пород от поверхности наблюдения до уровня приведения, к которому приводятся при обработке параметры полезных волн. О сложности проблем, связанных с учетом ВЧР, говорит широкий круг исследований, проводимых по этой теме (Завьялов и др., 2003; Козырев, Жуков, Коротков и др., 2003;  Козырев и др., 2002; Лаптев и др., 2005; Санфиров, Ярославцев, 2004).

В настоящее время основными объектами поисков и разведки месторождений нефти остаются антиклинальные поднятия и неструктурные ловушки, имеющие преимущественно малые размеры, поэтому  погрешности определения статических поправок из-за недоучета скоростной неоднородности верхней части разреза будут значительно влиять на точность структурных построений [4]. В связи с этим скоростное строение ВЧР должно учитываться более тщательно.

Учитывая большое разнообразие и случайный характер реализации скоростных параметров верхней части разреза, обусловленные многофакторностью зависимости упругих свойств пород от физико-геологических условий их залегания, для изучения пространственного распределения упругих свойств ВЧР автором [5] сформировано несколько вариантов обобщенных скоростных моделей ВЧР. Создание таких моделей послужило основой для проведения объективного анализа влияния различных факторов (прежде всего, горизонтальной скоростной анизотропии пород [13]) на величину погрешностей, возникающих при учете скоростного строения ВЧР. 

Совокупность изложенных результатов составляет суть начальной части первого защищаемого положения: Обобщенные скоростные модели верхней части разреза, основанные на анализе акустических свойств пород, позволяют оценить влияние горизонтальной скоростной анизотропии и повысить точность определения статических поправок [4, 5, 13].

В целом можно отметить, что для разреза Пермского края  характерно закономерное усложнение скоростного строения среды в направлении с северо-запада на юго-восток. Сопоставление пластовых моделей, сформированных для отдельных участков исследований, дает возможность установить и количественно оценить закономерности распределения упругих свойств верхней части разреза для территории Прикамья и предложить пути оптимизации процесса учета скоростных неоднородностей ВЧР, в том числе анизотропных свойств пород.

Во второй главе «Современное состояние изучения скоростной анизотропии горных пород» рассмотрено понятие сейсмической анизотропии, история ее изучения, геологические факторы, вызывающие анизотропию, модели анизотропных сред. Изучением распространения сейсмических волн в анизотропных средах занимались многие авторы: А.М. Айзенберг,  А.Л. Алейников,  В.А. Бакиров, С.А. Батугин, И.О. Баюк, А.Г. Бугаевский, В.И. Бондарев, С.Г. Виноградов, Е.И. Гальперин, А.В. Егоркин, А.М. Епинатьева, С.Н. Кашубин, С.В. Крылов, С.И. Лапин, Ф.И. Ляховицкий, И.Ю. Митюнина, Л.П. Неволин, Н.Н. Пузырев, И.Р. Оболенцева, В.А. Силаев, Б.А. Спасский, А.К. Урупов, Е.М. Чесноков, Б.М. Шнеерссон и др.

Особое внимание в данной главе уделено методам изучения скоростей. Для формирования скоростной модели ВЧР, необходимой при расчете статических поправок в сейсморазведке МОВ, используются микросейсмокаротаж, метод преломленных волн и времена первых вступлений волн, которые прослеживаются на полевых сейсмограммах МОВ ОГТ. Причем, в последние годы, в связи с резким сокращением объема вспомогательных работ по изучению ВЧР, именно времена первых вступлений сейсмограмм МОВ ОГТ являются  основным источником информации. Здесь регистрируются в первых и последующих вступлениях головные преломленные (рефрагированные) волны, распространяющиеся в пределах ВЧР преимущественно  в горизонтальном направлении, а не по вертикали. На значения скоростей, определяемых по годографам преломленных волн по профилям с различной азимутальной ориентировкой, может оказывать влияние наличие горизонтальной анизотропии, присутствие которой при обобщении результатов анализа скоростей невозможно отделить от скоростной неоднородности пород ВЧР. Следствием этого является неточность расчета статических поправок и возникновение погрешностей при расчете глубин отражающих горизонтов.

С учетом разработок сотрудников кафедры геофизики Пермского государственного университета Б.А. Спасского и И.Ю. Митюниной изучение скоростной анизотропии должно основываться на обработке и интерпретации временных полей первых вступлений, когда используются не отдельные годографы, осложненные разнообразными погрешностями, а информация по всему профилю. Такой подход позволяет сформировать карты и кубы скоростей пород ВЧР по площади исследований и провести анализ характера изменения акустических свойств этих отложений.

Наиболее существенное влияние будет оказывать анизотропия пород ВЧР на результаты 3D сейсморазведки, поскольку в каждую сейсмограмму ОГТ (при формировании пространственных годографов отраженных волн) включаются записи не только разных удалений, но и разных азимутов этих удалений, что, без сомнения, при наличии анизотропии неблагоприятно скажется на результатах суммирования трасс в пределах каждой сейсмограммы ОГТ и приведет  к снижению эффекта выделения полезного сигнала из помех и снижению точности сейсмических построений.

В третьей главе «Влияние скоростной анизотропии  пород ВЧР при расчете статических поправок» сделан анализ процесса расчета статических поправок и моделирование величин погрешностей статических поправок в анизотропных средах.

Статические поправки – это времена пробега колебаний по вертикали от точек приема и точек возбуждения до уровня приведения. Статические поправки должны вводиться перед любыми процедурами обработки, использующими времена отражений. После ввода предварительных статических поправок сохраняется некоторый остаточный сдвиг, выявление и устранение которого является задачей второго этапа – этапа коррекции расчетного значения статических поправок.

Как показывает практика, даже после нескольких процедур коррекции статические поправки содержат погрешности, которые дают разброс наблюденных времен tнабл в пределах годографа. Этот разброс при суммировании ведет к возникновению погрешностей определения t0, по которым рассчитывают глубины отражающих горизонтов. Коррекция уменьшает разброс времен tнабл  и t0, но эти погрешности все равно остаются, особенно при наличии низкочастотной составляющей [15]. Низкочастотная компонента является результатом недостаточно полных сведений о строении ВЧР  вблизи плоскости приведения и отражает трендовую (структурную) часть статической поправки и именно она влияет на точность структурных построений отражающих горизонтов. Установлено (Глоговский, Хачатрян, 1984; Кондратьев, Сергеева, 1984; Матвиенко, Пудовкин, Тищенко и др., 1987; Шварцман, 1979 и др.), что задачу учета низко- и среднечастотной компонент априорных статических поправок имеющиеся алгоритмы решать не могут без наличия дополнительной информации о параметрах ВЧР. Величина статической поправки во многом определяется скоростью в подстилающих ЗМС отложениях, которые часто характеризуется повышенной азимутальной пространственной неоднородностью, обусловленной трещиноватостью, горизонтальными напряжениями и т.п. Именно поэтому учет горизонтальной скоростной анизотропии, особенно при 3D наблюдениях, должен быть обязательным элементом учета скоростной неоднородности пород ВЧР.

С учетом этого автором [10] проведена оценка величины погрешностей, которые будут вноситься за счет присутствия горизонтальной сейсмической анизотропии пород ВЧР в статические поправки на примере обобщенных моделей. Анализ результатов моделирования погрешностей статических поправок, как в двухслойных, так и многослойных обобщенных для Пермского края моделях сред доказывает, что скоростная анизотропия пород ВЧР существенно влияет на значения величин статических поправок, искажая их на величину до 20-27 мс. Такие погрешности могут приводить к значительным и даже «непоправимым» искажениям конфигурации отражающих горизонтов при структурных построениях и, естественно, должны быть учтены. Отсюда вытекает, что данные о горизонтальной анизотропии пород ВЧР необходимо изучать, обобщать и использовать для повышения эффективности сейсморазведки МОВ ОГТ [12].

Совокупность изложенных результатов составляет суть второй части первого защищаемого положения: Обобщенные скоростные модели верхней части разреза, основанные на анализе акустических свойств пород, позволяют оценить влияние горизонтальной скоростной анизотропии и повысить точность определения статических поправок [10, 12, 15].

В четвертой главе «Примеры изучения скоростной анизотропии пород» рассмотрено применение  специальных исследований метода преломленных волн (круговое сейсмическое зондирование) для изучения скоростной анизотропии пород и использование данных о временах первых вступлений при проведении стандартных сейсмических работах МОВ ОГТ 2D и 3D.

Исследования анизотропных свойств с использованием азимутальных диаграмм [2] доказывают, что анизотропию в породах ВЧР можно изучать с помощью первых вступлений преломленных волн. В более широких масштабах для этого предложены технологии, использующие временные поля первых волн, получаемые при стандартных сейсмических работах МОВ ОГТ [4]. Практическим примером применения технологии по данным 2D сейсморазведки являются результаты на Шершневской и Белопашненской структурах (Соликамская впадина) и на Восточно-Соколовском участке (Верхнекамская впадина).

Технология включает в себя:

  • проведение корреляции времен первых вступлений (рис. 1);
  • построение временных полей t (x, l), где t – времена первых вступлений, l - удаления пункт возбуждения – пункт приема;
  • их обработка и интерпретация (рис. 2) [6];
  • формирования трехмерного массива скоростей V (x, y, Alt), где х, у – пространственные координаты, Alt –  высота точки местности над уровнем моря;

Рис. 1. Типичная сейсмограмма, полученная при работах МОГТ

Рис.  2. Временные поля первых волн прямых наблюдений, сформированные по ОГТ по одному из профилей после

обработки

  • с целью изучения анизотропных средств верхней части разреза на ряде горизонтальных сечений куба V(x, y, Alt) проводится изучение структуры поля VAlt = const (x, y) на основе  построения двухмерных вариограмм распределения скоростей [7]. Их анализ показывает, что в целом на изучаемых участках наблюдается существенное различие характера изменения скоростей в двух направлениях, соответствующих преимущественной ориентации профилей наблюдений. При этом сам характер анизотропии также изменяется с глубиной залегания исследуемых отложений;
  • для количественной оценки анизотропии скоростей на каждом сечении куба скоростей Alt = const было осуществлено раздельное построение схем изменения скоростей, рассчитанных при субмеридиональной Vcю (х, у) и субширотной Vзв (х, у) траектории распространения первых волн [8]. Сопоставление схем изменения Vcю(х, у) и Vзв(х, у) позволило оценить характер вариаций коэффициента анизотропии скоростей Кан = Vcю (х, у) / Vзв(х, у) в пределах исследуемых площадей (рис. 3).

По результатам исследований в юго-западной части Шершневской структуры удалось выделить блок пород ВЧР (рис. 3), характеризующийся устойчивым увеличением скорости распространения сейсмических волн в меридиональном направлении, Кан достигает 40 %. Вероятнее всего, значительные величины коэффициента анизотропии характерны для участков наиболее интенсивных неотектонических напряжений в толще ВЧР [9], связанных с образованием соляного купола (в его склоновой части). Более жесткие породы надсолевой толщи в этой зоне характеризуются повышенной трещиноватостью меридионального простирания.

Рис. 3. Распределение коэффициентов скоростной анизотропии на территории

Шершневской структуры. – местоположение скважин; - контур Шершневской структуры; овалами обозначен блок пород повышенной скоростной анизотропии

Технология изучения анизотропных свойств разреза по данным 3D сейсморазведки, на основе материалов, полученных в пределах Гагаринской структуры (Соликамская впадина), включает следующее:

  • прослеживание времен первых вступлений на сейсмограммах ОПВ (для расчетов горизонтальной сейсмической анизотропии использованы сейсмограммы, полученные в центральной части участка, каждая площадка разбивалась на зоны [11], приуроченные к различной группе азимутов, охватывающие угловые диапазоны 0-100, 10-200… 350-3600);
  • для каждого пункта взрыва в каждом из азимутальных интервалов на сейсмограммах формировался сводный годограф первых вступлений [14], по которому проводилась оценка распределения скоростей в подстилающей толще;
  • осуществлялось построение круговых диаграмм – сортировка массива времен по азимуту с интервалом 10 градусов (рис. 4);
  • для более детального изучения анизотропных свойств массива горных пород исследуемой площади сформирован трехмерный массив времен, а затем скоростей;
  • этот массив был разделен на секторы (по 10 градусов) в зависимости от направления распространения сейсмических волн;
  • для сопоставления значений скоростей распространения сейсмических волн в различных направлениях проведено нормирование скоростей по значениям, полученным для азимутов 0-10 градусов (рис. 5);

Рис. 4. Розы-диаграммы распределения скоростей, построенные для разных профилей

Рис. 5. Распределение коэффициентов скоростной анизотропии  Кан на территории Гагаринской структуры. Овалам обозначен блок пород повышенной скоростной анизотропии

  • в итоге получено 35 кубов распределения коэффициента анизотропии для различных направлений.

На изучаемой  территории  в северо-восточной части выделяется блок пород, характеризующийся повышенной степенью анизотропности (величина Кан достигает 30 %), этот блок увеличивается в размерах и достигает максимума при азимуте 180 (Кан = 50%) (рис. 5). Вероятно, формирование данного блока пород связано со сравнительно «молодыми» эффектами, возникающими в краевой части рифогенной структуры [16].

Анализ скоростных моделей разреза по предлагаемым технологиям делает возможным оценить характер изменения анизотропных свойств разреза как в латеральном, так и вертикальным направлениях [16]. Это позволяет учесть степень анизотропии пород ВЧР при расчете статических поправок и провести обнаружение аномальных зон пород в ВЧР [18].  Кубы скоростей и степени их анизотропии (рис. 3, 5)  наглядно выявляют сложный характер изменения акустических свойств пород в верхней части разреза, и свидетельствуют о наличии анизотропных зон в разрезе. Вариации скоростей, с одной стороны, вполне могут приводить к неточностям расчета статических поправок и структурных построений и должны учитываться при обработке данных. С другой стороны, знания о наличии анизотропии могут использоваться также при определении состояния горных пород ВЧР и изучении влияния различных геологических факторов на формирование этих отложений, что очень важно изучать в инженерно-геологических целях.

Результаты исследований, изложенные в данной главе, обосновывают 2-е защищаемое положение: Технологии изучения горизонтальной  скоростной анизотропии пород верхней части разреза, основанные на использовании временных полей первых вступлений, позволяют повысить эффективность сейсморазведки [2, 6, 7, 8, 9, 11, 14, 16, 18].

В пятой главе «Использование геоинформационных систем для создания геолого-геофизической модели» рассмотрены основы теории геоинформационных систем (ArcGIS), трехмерная визуализация геофизических полей в этой системе, построение трехмерных геолого-геофизических моделей и изучение геологического строения надсолевого комплекса отложений Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей с целью выявления зон разуплотнения пород.

Помимо учета сейсмической анизотропии для расчета статических поправок информация об анизотропии необходима для изучения геологических особенностей изучаемых территорий. Формирование трехмерной цифровой модели геологических объектов [1] по данным различных геофизических методов на основе геоинформационных технологий, позволяет выявлять основные закономерности изменения физических свойств горных пород и увязать их с особенностями геологического строения разреза.

Для создания детальной геолого-геофизической модели приповерхностной части разреза по одному из участков Соликамской впадины Волго-Уральской нефтегазоносной провинции использовались результаты гравиметрической съемки, сейсмических, электроразведочных, скважинных наблюдений, данные структурного бурения, а также крупномасштабные топографические карты масштаба 1:10000.

Наиболее распространенным способом представления пластовых моделей и геофизических полей является визуализация их в виде поверхностей z (х, у), где z – значение параметра поля. В геоинформационных системах для представления поверхностей используются два типа моделей: модель TIN и модель GRID. На рис. 6 представлена пластовая модель геологического разреза, созданная с помощью TIN-модели. На рис. 7 представлен пример применения GRID - моделей для решения задачи выделения локальной составляющей гравитационного поля. Для оценки характера регионального фона автором построена серия грид-моделей поверхностей тренда, основанная на полиномах 1-5 порядков. По численному выражению качества интерполяции (среднеквадратической ошибке) за региональную компоненту поля выбран полином 2 порядка. Расчет грид-модели локального гравитационного поля (рис. 7, а) проводился путем вычитания из наблюденного поля (рис. 7, в) региональной компоненты (рис. 7, б).

Рис. 6. Структурная модель разреза надсолевой толщи по скважинным данным с учетом топографии местности. Снизу вверх толщи: подстилающая каменную соль, продуктивная, покровная каменной соли, соляно-мергельная, терригенно-карбонатная, пестроцветная, четвертичная терригенная

Рис. 7. Гравитационное поле: а - локальное;

б - региональное;

в - наблюденное.

Точками отмечены гравиметрические пункты

Помимо моделирования поверхностей и пластов в ArcGIS имеется возможность построения трехмерных моделей непрерывных сред. Методика создания модели базируется на представлении геолого-геофизической среды в виде набора элементарных блоков (кубов), каждый из которых имеет числовую характеристику (геофизический параметр) и пространственное положение, описываемое координатами х, у, z (Финчук, Моргун, 2009). Процесс построения объемных моделей включает: выборку данных по вертикальной координате z с нужным шагом; экспорт выборок в отдельные файлы; построение грид-моделей геофизического поля на различных уровнях z = const; конвертация грид в точки для получения дискретных значений; отображение полученных кубов данных в ArcScene [17].

Для автоматизации этого процесса автором составлена блок-схема модели геообработки, представленная на рис. 8. С помощью этой блок-схемы выполнено построение трехмерных геолого-геофизических моделей. Получаемые геоинформационные кубы различных данных и их комплексный анализ позволяют детально изучить особенности распределения геофизических полей в некотором объеме геологической среды с помощью построения произвольных вертикальных и горизонтальных сечений, а также разрезов куба вдоль отдельных профилей наблюдений. Это позволяет с большей достоверностью выявить аномальные зоны изучаемых параметров, которые чаще всего  связаны с развивающимися геологическими процессами.

Рис. 8. Блок-схема модели геоинформационной обработки

Для выявления аномальных зон, которые предположительно могут быть обусловлены областями ухудшения деформационных характеристик пород, для одного из участков (Белопашненская структура) автором построена трехмерная модель по комплексу трех методов: сейсморазведки, электроразведки и гравиразведки (рис. 9) [1]. На заключительном этапе исследований проведена комплексная интерпретация пространственных закономерностей распределения физических свойств водозащитной толщи разреза. Детальный анализ трехмерных геоэлектрических и скоростных моделей с привлечением данных изменения локальной составляющей гравитационного поля позволил выявить в пределах изучаемой площади участки аномального строения верхней части разреза, характеризующиеся пониженными значениями электрических сопротивлений (5-200 Ом⋅м), уменьшением скоростей (2400-3500 м/с) и пониженными значениями локальной составляющей гравитационного поля. Выделенные зоны могут быть связаны с нарушением целостности пород водозащитной толщи и должны учитываться в процессе эксплуатации Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. Линейные размеры зоны 1 (рис. 9) составляют приблизительно 2,5 км2, зоны 2 – 1,9 км2. Представление электрической и сейсмической информации в виде объемного грида позволяет оценить объем пород, затронутых геологическими процессами разрушения. Полученные оценки в дальнейшем помогут оценить объемы возможного ущерба при возникновении чрезвычайных ситуаций, что является важным аспектом при эксплуатации месторождения [3].

Таким образом, наличие комплекса результатов геолого-геофизических исследований, с одной стороны, и геоинформационных технологий, с другой, позволяют выявить основные закономерности изменений физических свойств горных пород и увязать их с особенностями геологического строения изучаемого региона.

Рис. 9. Скоростные разрезы по сейсмическим профилям (а), локальное гравитационное

поле (б), геоэлектрические разрезы по профилям ВЭЗ (в). Черными окружностями обозначены зоны с аномальными свойствами пород

Созданные в ArcGIS трехмерные физико-геологические модели ВЧР отвечают требованиям, предъявляемым в настоящее время к геолого-геофизическим моделям. Работа с цифровой моделью делает возможным  достаточно оперативно обеспечить широкий набор изображений объекта исследования в виде карт и разрезов произвольной ориентации и в любых комбинациях. Это позволяет путем последовательного перебора большого числа вариантов представления модели геологического объекта выбрать и практически реализовать оптимальные ракурсы, определить значимые особенности геологического строения месторождений полезных ископаемых.

Описанные в данной главе подходы являются основой 3-го защищаемого положения: Методика создания физико-геологических моделей по комплексу геофизических данных, основанная на использовании геоинформационных систем, позволяет изучить пространственные закономерности распределения скоростных, электрических и плотностных свойств пород [1, 3, 17].


Заключение

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему.

  1. Построены обобщенные скоростные модели верхней части разреза с учетом реальных особенностей распределения скоростей для ряда территорий Пермского края, необходимые для оценки степени влияния анизотропности пород на  погрешности, возникающие при расчете статических поправок. Для расчета статических поправок используют времена первых вступлений (головные преломленные волны), прослеживающиеся на сейсмограммах МОВ ОГТ. В этом случае в качестве скоростей пробега колебаний определяется граничная скорость. Поскольку она характеризует скорость распространения волн в горизонтальном (или близкому к нему) направлении, то граничная скорость (как показывает практика) зависит от степени горизонтальной анизотропности пород ВЧР. Недоучет этого фактора приводит  к снижению эффективности суммирования колебаний в пределах сейсмограмм ОГТ, особенно при 3D наблюдениях.
  2. Определены погрешности вычисления статических поправок в зависимости от параметров ВЧР (общей мощности ВЧР, пластовых мощностей и скоростей отдельных слоев в составе ВЧР) и величины коэффициента анизотропии  для сформированных обобщенных моделей верхней части разреза различных территорий. Автором установлено, что наличие скоростной анизотропии может приводить к значительным погрешностям определения статических поправок во всех анализируемых скоростных моделях, которая может достигать 27 мс. Если ограничиться в качестве граничного значения погрешности величиной 3-5 мс, то из результатов анализа вытекает необходимость обязательного учета фактора анизотропии для всех анализируемых обобщенных моделей ВЧР.
  3. Предложены технологии определения скоростной анизотропии пород для профильных и  площадных  наблюдений сейсморазведки МОВ ОГТ, основанные на использовании временных полей первых волн. В результате обобщения полученных материалов в виде трехмерных массивов скоростей V (x, y, Alt) и проведения азимутального анализа скоростей по полученным кубам скоростей, можно осуществлять количественное изучение анизотропных средств верхней части разреза. Этот анализ можно проводить как для отдельных точек среды, так и (непрерывно) для всего объема изучаемых отложений.
  4. Разработана методика, позволяющая формировать комплексные физико-геологические модели ВЧР по геофизическим данным на основе использования геоинформационных систем. На примере Белопашненской нефтеносной структуры, расположенной на территории Верхнекамского месторождения калийных солей, выявлены пространственные закономерности распределения скоростных, электрических и плотностных свойств водозащитной толщи разреза. Определены возможные зоны разуплотнения пород водозащитной толщи.

Учет скоростных неоднородностей и степени анизотропии пород ВЧР позволит повысить эффективность сейсмических работ за счет повышения точности структурных построений, ослабления влияния  степени искажений динамических характеристик, необходимых для последующей интерпретации сейсмических данных. Информация о характере анизотропности пород может использоваться для изучения степени неоднородности пород ВЧР (инженерно-геологических целей) и установления геологических причин (процессов) ее возникновения.

Основное содержание диссертации отражено в следующих опубликованных работах

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:

  1. Огородова И.В. Трехмерная визуализация геофизических полей с использованием геоинформационных технологий // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математические науки. Информатика. № 7, Тюмень, 2011. С. 99-105.
  2. Огородова И.В., Митюнина И.Ю., Спасский Б.А. Технология изучения верхней части разреза по временным полям первых волн в сейсморазведке МОВ ОТГ // Геофизика, №5, Тверь, 2011. С. 46-52.
  3. Огородова И.В. Использование геоинформационных технологий для изучения геологического строения надсолевого комплекса отложений Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей // Геоинформатика, №4, М., 2011.  С. 24-29.

Статьи и материалы конференций:

  1. Огородова И.В. Возможности сейсморазведки 2D при поисках и разведке залежей углеводородов // Геологи XXI, Саратов: изд-во СО ЕАГО, 2003. С. 133-135.
  2. Огородова И.В., Герасимова И.Ю. Использование первых вступлений сейсмограмм метода ОГТ для изучения скоростного строения верхней части разреза // Геологи XXI, Саратов: изд-во СО ЕАГО, 2004. С. 113-115.
  3. Огородова И.В. Изучение анизотропии скоростей в верхней части разреза по первым волнам сейсмических наблюдений 2D // Современные проблемы геофизики. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. С. 103-104.
  4. Огородова И.В., Митюнина И.Ю., Спасский Б.А. Изучение анизотропии отложений ВЧР по первым волнам сейсмограмм МОВ // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. Пермь, Перм. ун-т, 2004. С. 186-190.
  5. Огородова И.В. Сейсмическая анизотропия пород верхней части разреза по материалам сейсморазведки МОГТ // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. Пермь, Перм. ун-т, 2005. С. 210-215.
  6. Огородова И.В. Сейсмическая анизотропия пород верхней части разреза по преломленным волнам // Шестая Уральская молодежная научная школа по геофизике. Пермь, ГИ УрО РАН, 2005. С 159-162.
  7. Огородова И.В. Изучение анизотропии скоростей ВЧР по данным площадной сейсморазведки // Геологи XXI века. Материалы VIII Всероссийской научной конференции студентов аспирантов и молодых специалистов, Саратов, изд-во СО ЕАГО, 2007, С. 35-39.
  8. Огородова И.В. Анизотропия скоростей по данным площадной сейсморазведки // Восьмая Уральская молодежная научная школа по геофизике. Пермь, ГИ УрО РАН, 2007. С. 195-198.
  9. Огородова И.В. Сейсмическая анизотропия пород верхней части разреза по материалам площадной сейсморазведки // Материалы XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов – 2007», М: изд-во МГУ, СП «Мысль», 2007. 3 с., эл. ресурс.
  10. Огородова И.В., Спасский Б.А. Анизотропия скоростей верхней части разреза по первым волнам сейсмических наблюдений 2D // Молодые – наукам о Земле. М.: МГРИ-РГГРУ, 2008. С. 283-284.
  11. Огородова И. В. Скоростная анизотропия ВЧР по данным площадной сейсморазведки // Девятая Уральская молодежная научная школа по геофизике. Екатеринбург, ГИ УрО РАН, 2008. С. 136-138.
  12. Огородова И.В. Изучение скоростной анизотропии ВЧР по данным сейсморазведки 3Д // Материалы XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов – 2008».  М: Изд-во МГУ, СП «Мысль», 2008. 3 с., эл. ресурс.
  13. Огородова И.В. Технология изучения скоростной анизотропии ВЧР по данным сейсморазведки 3Д // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. Пермь, Перм. ун-т, 2008. С. 233-235.
  14. Огородова И.В. Применение геоинформационных технологий для создания комплексной физико-геологической модели надсолевой толщи разреза Соликамской депрессии // Материалы 38-й сессии Международного семинара имени Д.Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации геофизических полей». Пермь: ГИ УрО РАН, 2011. С. 214-217.
  15. Огородова И.В. Оценка анизотропных свойств верхней части разреза по материалам сейсморазведки МОГТ // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. Пермь, Перм. ун-т, 2011. С. 101-102.

Подписано в печать 02.2012 г. Формат 60×84/16

Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ

Типография Пермского государственного национального

исследовательского университета

614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15

 





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.