CC BY
68
УДК: 550.372
Г.С. Хамидуллина, Д.И. Хасанов, К.И. Бредников
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань
galina-khamidullina@yandex.ru
МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ
ДАННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ГЛАВНЫХ КОМПОНЕНТ
В работе рассматриваются приемы обработки и методика интерпретации данных зондирования становления поля в ближней зоне с использованием метода главных компонент на примере площади, расположенной на северо-восточном склоне Южного купола Татарского свода.
Ключевые слова: зондирование становлением в ближней зоне, электропроводность, продольная проводимость, метод главных компонент, факторы, факторные нагрузки.
Введение
Аппаратура и методика электромагнитных зондирований (ЭМЗ) позволяет достаточно быстро накопить огромные массивы данных, которые в большинстве случаев проходят некоторую стандартную обработку: сглаживание, снятие трендов, фильтрацию с подавлением помех, выделение и разделение полезных сигналов, детерминированную интерпретацию (решение обратных задач). Тем не менее практика показывает, что используемые приемы обработки данных ЭМЗ описывают простые модели геологических ситуаций, тогда как электромагнитное поле, отражающее геологическую среду, есть результат сложения совокупностей электрических свойств пород, их неоднородность, пространственное расположение геоэлектрических объектов и других причин. Поэтому значение электромагнитного поля следует рассматривать как сумму систематических, закономерных и случайных составляющих, обусловленных действием предполагаемых процессов и некоторых случайных причин. При их изучении весьма эффективными является подход, опирающийся на вероятностное моделирование и на широкое применение методов многомерной статистики.
При использовании статистических методов для описания изучаемых объектов, обработке и анализу подвергается большее число данных, выявляются возможные внутренние взаимосвязи и закономерности их изменения. В этом отношении определенными преимуществами перед другими статистическими методами обладают компонентный и факторный анализ.
В основе их применения лежит следующая гипотеза: если наблюдаемые переменные коррелируют друг с другом, то это свидетельствует о существовании некоторой величины, которую измерить непосредственно нельзя и которой приписывается роль причины (фактора), определяющей значения наблюдаемых переменных. Считается при этом, что число действующих причин (факторов) должно быть значительно меньше числа наблюдаемых переменных. Средством решения проблемы факторов является метод главных компонент (МГК) - один из известных многомерных методов (Иберла, 1980).
МГК был применен к одному из электромагнитных методов: зондированию становления поля вариантом в
ближней зоне (ЗСБЗ), получивший наиболее широкое применение среди электроразведочных методов при оценке перспективности территории на нефть и газ.
Общая характеристика объекта изучения и результатов электромагнитных зондирований
Основным результатом измерений методом ЗСБЗ является инструментальная регистрация электромагнитного поля и, как следствие преобразования электромагнитного поля, получение величины продольных проводимо-стей (Сим) по разрезу, суммирующихся с глубиной (Бт). Результаты измерений отражают количественные и качественные характеристики слагающих разрез пород (компонентный состав, структурные параметры, электрические свойства пород и др.). Таким образом, в распоряжении интерпретатора имеются значения регистрируемых параметров, изменяющихся с глубиной. Классическое представление результатов ЗСБЗ - это график функции Бт-ДИ), наглядно отражающая изменение функции Бт. Визуальный анализ графика функции Бт-ДИ) позволяет отождествлять кривую Бт—ДИ) с реальными геоэлектрическими комплексами. Качественный анализ углов наклона кривых Бт позволяет выделить проводящие горизонты, которые привязываются к реальным литолого-стратигра-фическим комплексам путем сопоставления петрофизи-ческих свойств разреза, полученных при интерпретации материалов геофизических исследований скважин Бк (Бк - электропроводность, полученная в результате пересчета кривой кажущегося сопротивления (КС)) с результатами обработанных электромагнитных данных. Реализация такого подхода позволяет типизировать кривые Бт, разработать универсальную модель разреза, определить характерные «точки перегиба» кривых для конкретного изучаемого региона (Сидоров, Тикшаев, 1969).
В пределах Республики Татарстан осадочный чехол достигает 2000 м и более и литологически условно разделен на ряд переслаивающих терригенных и карбонатных толщ, которые, в свою очередь, можно рассматривать как зоны повышенных и пониженных проводимостей. Таким образом, например, на востоке республики на графиках
научно-технический журнал
I еоресурсы 6 (42) 2011
8т~Х(Н) наблюдаются следующие «точки перегиба» (Хамидуллина и др., 2010):
- точка «а» - подошва верейских отложений;
- точка «Ь» - кровля тульских отложений;
- точка «1» - кровля высокоомных пород нижней карбонатной толщи;
- точка «§>> - кровля нижней терригенной толщи;
- точка «И» - подошва кристаллического фундамента.
Универсальная «укрупненная» модель разреза, полученная таким образом, нивелирует распознавание более локальных изучаемых объектов.
Методика обработки данных электромагнитных зондирований
После традиционной обработки данных ЭМЗ значения суммарной продольной проводимости Бт проходят процедуру аппроксимации с использованием сплайн-функции 1-3й степени с целью получения значения Бт с равномерным шагом дискретизации (10 м). Последующая процедура дифференцирования ёБт/^Нт) позволяет определить значения удельной кажущейся электропроводности Ас (Рис. 1). Полученные таким образом кривые Ас отражают изменения электропроводности по разрезу. Данные электрокаротажа позволяют стратиграфически «привязать» локальные увеличения Ас к проводящим толщам геоэлектрического разреза (Рис. 2) (Хамидуллина, Хасанов, 2009). В восточной части Республики Татарстан это отложения московского яруса, тульско-бобриковского горизонта визейс-кого яруса, нижнефранского подъяруса верхнего девона. Перечисленные геоэлектрические реперы прослеживаются на кривой Ас в виде локальных максимумов. Кроме перечисленных реперных зон на кривой Ас могут наблюдаться другие локальные максимумы, отражающие небольшие проводящие зоны разреза, которые плохо прослеживаются на исходной кривой Бт.
Для корректного использования метода главных компонент к данным ЭМЗ выделенные локальные максиму-
График Б х / Нх
График Дет
Третья компонента Вторая компонента
Рис.1. Кривая ЗСБЗ и график удельной электропроводности после преобразований (см. текст).
мы удельной электропроводности приводятся к единым глубинным отметкам по эталонной параметрической кривой. В рассматриваемом примере в качестве эталонной кривой выбран пункт наблюдения ЗСБЗ № 20, расположенный вблизи скважины №10. Полученные приведенные данные Ас представляются как исходные признаки в виде матрицы. Анализируя данные ЗСБЗ и электрокаротажа, можно придти к выводу, что наиболее достоверная информация о геоэлектрическом разрезе получена с кажущихся глубин 695-700 м, где искажающее влияние верхней части разреза минимально и до кажущихся глубин 1400 м, где кривая Бт (Н) практически выходит на асимптоту. Таким образом, в преобразовании участвуют кажущиеся удельные электропроводности, отвечающие этим глубинам.
Матрица А', Весовые нагрузки
-с - глинистого известняка
Рис. 2. Геолого-геофизическая характеристика разреза и факторные нагрузки матриц А и А'.
6 (42) 2011
^ научно-техническим журнал
Георесурсы
Рис. 3. Картыг распределения матрицыг А: а) первого фактора, б) второго фактора, в) третьего фактора.
Исходные признаки представляются в виде матрицы А, в которой в строках представлены изменяющиеся с глубиной бб, а в столбцах пункты наблюдения ЗСБЗ (в количестве 76). В статистических преобразованиях по МГК использовалась как матрица А, так и транспонированная
матрица А', где каждой строке соответствует объект - точка наблюдения ЭМЗ, а столбцу - бб.
Методика интерпретации
На дифференцированные значения кажущейся продольной проводимости, т.е. и на характер дисперсии исходных признаков влияет неоднородность геоэлектрических свойств, которая отражает строение геологической среды и наличие локализованных в плане и по глубине объектов: зон коллекторов, зон разрушений и трещинова-тостей. Веса факторов по пунктам наблюдения дают информацию об обобщенной структуре изменчивости проводимости как по площади (матрица А), так и по глубине (матрица А').
Рассмотрим на примере использование МГК применительно к данным ЗСБЗ. Электромагнитные зондирования были проведены в пределах одной из залежей месторождения углеводородов. В тектоническом плане площадь исследования расположена на северо-восточном склоне Южного купола Татарского свода. Нефтенасыщенными являются трещиноватые коллекторы семилукского горизонта франского яруса верхнего девона.
После преобразования матрицы А веса факторов распределились следующим образом: 1 фактор - 80,2 %, 2 фактор - 7,93 %, 3 фактор - 4,78 %. Таким образом, общий вес трех главных компонент составляет 92,91 %, что говорит о высокой корреляции между исходными признаками. После преобразования матрицы А' веса факторов распределились: 1 фактор - 37,13 %, 2 фактор - 27,1 %, 3 фактор -9,04 %, 4 фактор - 6,48 % (Рис. 2). Таким образом, общий вес четырех главных компонент составляет 79,75 %. Соответственно и карты распределения выделенных факторов позволяют провести районирование территории по характеру изменчивости проводимости как по площади, так и по глубине (Рис. 3, 4). После анализа факторных нагрузок выясняется смысловое значение факторов, которые вызвали значительную часть изменения кривых.
Поскольку по данным матрицы А изучалось преобразование между объектами, то веса главных компонент характеризуют удельную электропроводность в целом по разрезу, а карта распределения факторов - по площади. Таким образом, графики весовых нагрузок главных компонент наиболее удобно идентифицировать с изменением Ас по разрезу в целом. При этом наблюдаются следующие закономерности распределения весовых нагрузок факторов (Рис. 2).
- График распределения веса первой компоненты фактически повторяет изменение электропроводности по разрезу, и, таким образом, возможна идентификация распределения веса с разрезом. При этом наблюдаются положительные значения веса главных компонент в зонах проводящих толщ московского и франского ярусов.
- график распределения веса второй компоненты имеет знакопеременную зону в верхней части, что соответствует проводящей зоне московского яруса. Ниже значения веса компоненты близки к нулю, и поэтому интереса не представляют.
- График распределения веса третьей компоненты имеет сложное строение. Положительные значения наблюдаются в верхней и нижней частях графика. Отрицательные значения наблюдаются в средней части графика, что мож-
0.95 0.85 0.75 0.65 0.55 0.45 0.35 0.25 0.15 0.05 -0 05 -0.15 ■0.25 ■0.35 ■045 -0.55 -0.65 ■0.75
> научно-технический журнал
Георесурсы 6 (42)
9
-Ф-
а)
■Ф-
-о-
■Ф
+ 5
А
-Ф
35 66
■Ф-
I
-0.2 - -0.4
I -1.2
|'-1.4
-1.8
75 V
-Ф-
48 •
-Ф-
О- I
-Ф-
-о-
• •„ * -Л
? *
б)
I
12 ■-1.6
Рис. 4. Картыг распределения матрицыг А': а) первого фактора, б) второго фактора, в) третьего фактора.
но идентифицировать с карбонатной частью разреза тур-нейского, фаменского и франского ярусов.
После анализа факторных нагрузок матрицы А' выясняется смысловое значение факторов, которые вызвали значительную часть изменения кривых (Рис. 2).
- Первая компонента разложилась положительным образом и практически взаимосвязана с изменчивостью параметра кажущейся проводимости.
- Вторая компонента ведет себя иначе - имеет отрицательные значения в начале кривой, и дифференцирует разрез исследуемой осадочной толщи на две части: верхнюю и нижнюю, которые качественно можно сопоставить с нижне-среднекарбонатной толщей и средне-верхнедевонской толщей. Положительные значения второго фактора свидетельствуют о повышении сопротивления в верхней толще и уменьшении сопротивления в нижней толще.
- Третья компонента описывает дифференциацию исследуемой осадочной толщи на четыре части, которые можно условно идентифицировать с каширско-по-дольским, верейским, серпуховско-башкирским, визейс-ко-франским комплексами. Положительные значения фактора свидетельствуют о повышении электропроводности в верхней части разреза, понижении ее средней части и вновь повышении электропроводности в нижней части разреза.
Комплексная интерпретация всех трех компонент позволят определить тонкую структуру строения исследуемой осадочной толщи, дифференцировать литологичес-ки, наметить участки пород с улучшенными коллекторс-кими свойствами. Так, совместная интерпретация карт 1,2,3 факторов (Рис. 4) показывает следующие результаты.
1) Сочетание зон положительных значений 2 фактора и положительных значений 3 фактора свидетельствует о наличии зон повышенных проводимостей в визейско-баш-кирской толще, т.е. указывает на наличие возможных зон карбонатных коллекторов или трещиноватостей.
2) Сочетание зон отрицательных значений 2 фактора и положительных значений 3 фактора свидетельствует о наличие зон повышенных проводимостей в верхне-средне-довонской толщи, т.е. указывает на наличие возможных зон карбонатных коллекторов или трещиноватостей.
3) Сочетание зон отрицательных значений 1 фактора и положительных значений 3 фактора свидетельствует о наличии зон пониженных проводимостей в среднефран-ско-турнейской толщи, т.е. указывает на наличие возможных зон отсутствия карбонатных коллекторов или трещи-новатостей.
Таким образом, при проведении интерпретации данных электромагнитных зондирований с применением метода главных компонент рассматриваются как графики факторных нагрузок, так и карты распределения факторов.
Заключение
Анализируя результаты интерпретации данных ЗСБЗ методом главных компонент можно указать на перспективные зоны улучшенных коллекторских свойств пород, как в целом по разрезу, так и в конкрентых литологических толщах осадочного чехла.
Тем не менее, следует указать на возможную неоднозначность полученных результатов, поэтому необходима совместная интерпретация результатов МГК и геолого-геофизических данных.
Таким образом, в результате линейных ортогональных преобразований трансформированных параметров электромагнитного поля осуществляется переход от анализа параметров, отображающих свойства геологического раз-
р- научно-техническим журнал
6 (42) 2011 I еоресурсы
УДК: 550.832
АД. Акчурин1, K.M. Юсупов1, О.Н. Шерстюков1, В.Н. Горбачев2
'Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань
2000 «ТНГ-Групп», Бугульма adel.akchurin@ksu.ru
МАКЕТ СКАНЕРА ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ С ПОВЫШЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ.
АППАРАТНАЯ ЧАСТЬ
Для разработки скважиииого акустического сканера высокого разрешения необходим экспериментальный макет, выполняющий ультразвуковое зондирование на частоте 500 кГц для проверки возможности обнаружения трещин с минимальным раскрытием не менее ~1 мм. Макет выполнен с использованием промышленного отладочного комплекта (содержащий программируемую логическую интегральную схему (ПЛ СБИС)) и разработанной нами платы согласования (с использованием высокотемпературных компонентов). Логическая часть схемы размещена в ПЛ СБИС, а аналоговая - на плате согласования. Такое сочетание плат позволяет быстро создать простой и недорогой макет системы управления акустического сканера без использования аппаратного сигнального процессора.
Ключевые слова: акустический сканер, ультразвуковое зондирование, обнаружение трещин.
Введение
Акустический сканер (АС) в случае применения в скважинах предназначен для сканирования ствола скважины с целью выявления трещин в продуктивных пластах и дефектов конструкции обсадной колонны. Современные скважинные акустические сканеры (САС) регистрируют трещины с раскрытием ~3-5 мм (Описание отладочного комплекта DE2 development and education board [Электронный ресурс]). Обнаружение трещин ~1 мм требует применения ультразвуковых излучателей с частотами ~1 МГц и более. Работа в данном частотном диапазоне усложняется повышенным поглощением из-
лученных сигналов в мелкодисперсионной среде, присутствием шумов в отраженных сигналах, а также использованием высоких частот оцифровки. Немаловажной проблемой исполнения САС является работа в условиях повышенных давлений (~80 МПа) и температур (~120°С). Повышенное давление сказывается на конструктивных особенностях корпуса прибора, а повышенная температура ограничивает выбор электронных компонентов, которые фирмы производители выпускают для работы в автомобильной промышленности («automotive» temperature range - автомобильный температурный диапазон от -40°С до 120°С).
Окончание статьи Г.С. Хамидуллиной, Д.И. Хасанова, К.И. Бредникова «Методика обработки и интерпретации данных электромагнитных...»
реза, к факторам, определяющим эти свойства. Эти вновь полученные характеристики (результаты МГК) подлежат обработке с помощью любых методов анализа геологической информации.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (проект № 2010-218-01-192).
Литература
Иберла К. Факторный анализ. М.: Статистика. 1980. 398.
Сидоров В.А., Тикшаев В.В. Электроразведка зондированиями становлением поля в ближней зоне. Саратов. 1969. 58.
Хамидуллина Г.С., Нургалиев Д.К., Хасанов Д.И., Бредников К.И. Геоэлектрическая модель осадочного чехла центральной части Волжско-Камского региона. Ученые записки Казанского университета. Естественные науки. том 152. кн. 4. 2010. 9-22.
Хамидуллина Г.С., Хасанов Д.И. Некоторые методические приемы обработки данных электрозондирований становления поля в ближней зоне с целью выявления углеводородов. Нефть. Газ. Новации. №9. 2009. 57-60.
G.S. Khamidullina, D.I. Khassanov, K.I. Brednikov. The method of processing and interpretation EM sounding data using principal component analysis.
The paper deals with near-field time-domain electromagnetic sounding data processing and interpretation using the principle
component analyses for example area in the north-eastern slope of the dome of the South Tatar Arch.
Keywords: near-field time-domain electromagnetic sounding, the principle component analyses, conductivity, longitudinal conductance, factors, factor loadings.
Галина Сулеймановна Хамидуллина
старший преподаватель кафедры геофизики. Научные интересы: комплексирование геофизических методов, гра-виразведка, электроразведка, сиквенс-стратиграфия.
Дамир Ирекович Хасанов
к.геол.-мин.н., доцент кафедры геофизики. Научные интересы: комплексирование геофизических методов, магниторазведка, электроразведка, палеомагнетизм.
Константин Игоревич Бредников
Инженер кафедры геофизики. Научные интересы: электроразведка, малоглубинные методы геофизики.
Казанский (Приволжский) федеральный университет. Институт геологии и нефтегазовых технологий.
420008, Казань, ул. Кремлевская, д. 4/5.
Тел.: (843)233-73-75.
т ж научно-технический журнал
ШЖ Георесурсы 6 (42) 2011
