Построение отражающих границ по наблюденным годографам отраженных волн с использованием градиентной модели покрывающей среды Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 550.8.053

ПОСТРОЕНИЕ ОТРАЖАЮЩИХ ГРАНИЦ ПО НАБЛЮДЕННЫМ ГОДОГРАФАМ ОТРАЖЕННЫХ ВОЛН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГРАДИЕНТНОЙ МОДЕЛИ ПОКРЫВАЮЩЕЙ СРЕДЫ

О.Н. Вылегжанин, С.А. Рыбалка

Томский политехнический университет E-mail: onv@am.tpu.ru

Предложен способ расчета точек отражающей границы по материалам метода вертикального сейсмического профилирования. Способ основан на лучевой модели распространения акустического луча, скоростной модели градиентной покрывающей среды, и предположении о горизонтальности отражающей площадки. Показано, что задача может быть сведена к последовательности оптимизационных задач. Разработан алгоритм, реализующий предложенный способ. Приводится пример расчета отражающих границ при обработке материалов вертикального сейсмического профилирования, полученных на одной из разведочных площадей Томской области.

Ключевые слова:

Вертикальное сейсмическое профилирование, построение отражающих границ, лучевая модель, градиентная среда. Key words:

Vertical seismic profiling, reflector imaging, ray approximation, gradient model.

Одной из важнейших задач, решаемых методом вертикального сейсмического профилирования (ВСП) является исследование околоскважинного пространства [1]. С этой целью по результатам наблюдений с удаленных пунктов возбуждения строятся глубинные или временные разрезы, аналогичные временным разрезам, получаемым в методе общей глубинной точки [2]. Исходными данными для получения таких разрезов являются поля отраженных волн, полученные в результате фильтрации наблюденных сейсмических волновых полей. Задача восстановления временных разрезов по сейсмическим полям, наблюденным в методе ВСП, сводится к задаче восстановления волнового поля в некоторый заданный момент времени, т. е. к задаче миграции.

Обычным подходом, применяемым в сейсмической геофизике для решения задачи миграции в методе ВСП, является метод Кирхгофа [3]. Предлагаются также различные лучевые схемы построения указанных разрезов. Однако, в известных нам работах применяется либо модель средних скоростей либо однороднослоистая модель. В первом случае модель предполагает лишь прямолинейное распространение акустического луча в среде, а во втором - положение точек, лежащих по разные стороны от границы слоев, изменяется «скачком», что проявляется в появлении изломов на рассчитанной границе. В настоящей работе предлагается решение задачи построения временных разрезов по данным метода ВСП на основе лучевой модели распространения сейсмического сигнала в градиентной среде, т. е. в предположении, что скорость является непрерывной функцией от глубины.

Задача построения временных разрезов может быть разделена на две подзадачи: первая - преобразование прослеженных на сейсмограмме ВСП вертикальных годографов отраженных волн в горизонтальные годографы, соответствующие отра-

жающим границам, вторая - получение оператора преобразования сейсмограммы ВСП во временной разрез (оператора миграции) и применение полученного оператора к сейсмограммам ВСП, наблюденным из удаленных пунктов взрыва. В настоящей работе предлагается метод решения первой подзадачи.

Рассмотрим эту задачу. Акустический луч с параметром Р выходит из источника, расположенного в точке с координатами {хист,уис1,гист}, проходит через геологическую среду до отражающей границы и, отразившись от точки с неизвестными координатами, попадает в приемник, находящийся в скважине в точке с координатами {хщ,ущ,1щ}. Напомним, что параметр луча определяется как Р= Р^та, где а - угол между лучом и вертикалью, а V- скорость луча в данной среде. Таким образом, параметр луча не меняется при изменении скорости распространения сигнала. Траектория луча лежит в вертикальной плоскости Б{х,у,1}, проходящей через источник и приемник:

D(x, y, z) =

0 < z < йза6

x = xnp +k хист - Xnp)> У Упр + /(у ИСТ Упр )

где йиб - глубина забоя скважины; у - безразмерный параметр. Наблюденное время пробега луча ¡щ. Необходимо найти координаты точки отражения

{хотр,уотр,£отр}.

Введем некоторые допущения относительно условий распространения луча. Будем полагать, что: а) среда является латерально изотропной, градиентной, в которой скорость распространения сейсмического луча зависит только от глубины и равна V(z)=f(z)^; б) отражающая площадка горизонтальна.

При перемещении луча в градиентной среде величина изменения его координаты (сейсмический снос) равна [4]:

х(к) = ]"-

РУ ( г)

из соотношения:

V1 - Р V (г)

а время пробега [5]:

т= р

р

'ф - РУ(г)2

При отражении от горизонтальной площадки параметр луча не меняется, и совпадают траектории лучей, проходящего из точки а в точку Ь и идущего в обратном направлении. Следовательно, траекторию искомого луча можно построить, прокладывая лучи с параметром Р из источника и приемника до их пересечения, т. е. до точки отражения. Параметр Р этих лучей должен удовлетворять уравнению:

РУ (г)сЪ \ РУ (г)аг

Г РУ (+ Г

Ц1 - Р2У (г)2 - Р V (г)

— Ь,

где к, кг - глубины источника и приемника; к; -глубина точки пересечения лучей; Ь - расстояние между устьем скважины и пунктом взрыва. Это уравнение имеет множество решений на Н - интервале допустимых значений глубин к и О - множестве допустимых значений параметра Р. Выберем ту пару значений (к,,Р), для которых расчетное время пробега луча будет минимально отличаться от наблюденного ¡г. Таким образом, значение параметра луча Р * является решением оптимизационной задачи:

Р = агешт

кеИ РеО

С -

Pdz

л/1 - Р У (г)

Pdz

41 - Р2У (г )2

-А'

(1)

У (к) = -

1

ЭП(к)/дк' (2)

где П(к) - полином, аппроксимирующий вертикальный годограф.

Для вычисления статической поправки определим параметр луча, выходящего из источника и попадающего в точку пересечения годографов падающей волны и соответствующей отраженной. Параметр Ропт определяется из следующего уравнения:

к.

РУ (г )ск

0.

А = 'пр -

где А/ - статическая поправка. Точка пересечения лучей, проложенных из источника и из приемника, будет соответствовать точке отражения луча. Допустимая область при решении задачи (1) определяется следующим образом: нижний предел значений параметра Р соответствует вертикальному падению луча, а верхний - условию полного внутреннего отражения, т. е. 1/Ггаах>Р>0. Интервал изменений глубины к устанавливается, исходя из геологии района.

Применив описанную процедуру ко всем точкам прослеженных годографов, получим множество точек отражающих границ.

Для реализации процедуры расчета остается выбрать способ определения скорости как функции от глубины, статической поправки А/, а также метод решения оптимизационной задачи (1). Для определения зависимости скорости от глубины предлагается использовать следующий подход. Построить приведенный к вертикали годограф прямой падающей волны, аппроксимировать его полиномом минимального порядка [5]. Тогда функция скорости от глубины может быть получена

л/1 - Р У (г)2

Тогда примем в качестве статической поправки:

> РопУг

41 - Рп'У (г )2'

Поскольку оптимизационная задача (1) зависит только от одного аргумента, для ее решения можно использовать метод золотого сечения [6].

Для проверки работоспособности предложенного алгоритма были проведены тестовые расчеты геометрии отражающих границ на модельных волновых полях. Проверялась возможность учета отклонений формы отражающей границы от линейной. На рис. 1 показаны две заданные отражающие границы, содержащие линейные участки, отклоняющиеся от горизонтальной линии. Расчетное волновое поле для заданной модели строилось методом, описанным в [7, 8]. На этом волновом поле были прослежены годографы отраженных волн, которые показаны на рис. 2. На рис. 3 показаны рассчитанные по вышеописанной процедуре отражающие границы. Как видно из рисунка, геометрия рассчитанных отражающих границ хорошо согласуется с заданными отражающими границами модели. Таким образом, результаты тестовых расчетов на модельных данных подтверждают работоспособность предлагаемого способа построения отражающих границ по наблюденным годографам отраженных волн.

В качестве демонстрационного примера приведем результаты расчета отражающих границ по данным ВСП, полученным на одной из разведочных скважин Томской области. Обрабатывалась сейсмограмма, полученная с пункта возбуждения, удаленного от устья скважины на 1795,5 м. На исходной сейсмограмме был прослежен годограф прямой продольной волны, а затем, методом узкополосной фильтрации, из исходной сейсмограммы было выделено поле восходящих волн, на котором в интервале глубин от 2330 до 3000 м, что соответствует интервалу нижнемеловых - юрских отложений, были прослежены 6 годографов отраженных волн. На рис. 4 показаны прослеженные годографы падающей и отраженных волн, а в табл. 1 - глубины точек пересечения годографов отраженных волн с годографом падающей волны.

к

к

км 2,00

2,02 2,08

2,10

км 1,0

1,4

1,8

2,2

2,6

3,0

Рис. 4. Годографы падающей и восходящих волн демонстрационного примера

Таблица 1. Рассчитанные глубины точек пересечения годографов восходящих волн с годографом прямой падающей волны

Глубина, м Время, с

2336,68 1,17462

2613,04 1,22270

2648,64 1,22966

2773,71 1,25597

2952,64 1,29248

2998,69 1,30076

По результатам аппроксимации годографа прямой падающей волны, прослеженного на сейсмограмме с ближайшего пункта взрыва, получен полином четвертой степени, из которого, в соответствии с соотношением (2), получили функцию скорости от глубины:

Ш (КУдИ = 0,55557068+0,00101786^ -

-4,0339281-10-7 И2 + 3,13622661 -10-11Л3.

Таблица 2. Рассчитанные значения параметра луча Р и статической поправки для точек пересечения горизонтальных годографов со скважиной

Значения параметра Р104 Статическая поправка, мс

2,20 17,5

2,02 18,9

1,99 18,7

1,90 16,7

1,79 16,5

1,77 18,0

С использованием этой скоростной модели были рассчитаны вышеописанным методом точки отражающих границ. В табл. 2 приведены результаты расчета статических поправок для прослеженных годографов восходящих волн, а в табл. 3 приведены результаты расчета отражающей границы для второго годографа. В табл. 3 приведены только первые двадцать точек границы, поскольку годо-

граф состоит из 187-и точек, и таблица, содержащая их все, заняла бы слишком много места.

Таблица 3. Результаты расчета точек отражающей границы для второго годографа

Ь, м t, с х, м у, м г, м

800 1,748764 296493,279 6147531,793 2613,212

810 1,744944 296496,509 6147521,209 2613,622

820 1,741146 296499,889 6147510,135 2614,724

830 1,737326 296502,980 6147500,007 2615,076

840 1,733493 296506,050 6147489,947 2615,496

850 1,729680 296509,062 6147480,080 2615,938

860 1,725848 296511,989 6147470,487 2616,191

870 1,722000 296514,918 6147460,891 2616,691

880 1,718202 296517,725 6147451,695 2616,872

890 1,714348 296520,542 6147442,461 2617,266

900 1,710500 296523,166 6147433,867 2617,014

910 1,706702 296525,879 6147424,975 2617,359

920 1,702854 296528,438 6147416,591 2617,152

930 1,699056 296531,030 6147408,099 2617,312

940 1,695236 296533,599 6147399,68 0 2617,461

950 1,691410 296536,133 6147391,379 2617,652

960 1,687590 296538,609 6147383,266 2617,750

970 1,683764 296541,061 6147375,232 2617,934

980 1,679944 296543,432 6147367,462 2617,856

990 1,676146 296545,777 6147359,780 2617,801

На рис. 5 показаны результаты расчета отражающих границ.

Как показывают результаты расчета модели и демонстрационного примера, предлагаемый метод позволяет в рамках принятых допущений рассчитать положение точек отражающей границы, включая особенности геометрии типа воздыманий и погружений. Верификация полученных результатов возможна лишь путем сопоставления рассчитанного сейсмического сноса и времени пробега соответствующего луча. Как следует из приведенных результатов, вычисленные статистические поправки находятся в пределах значений, характерных для учета зоны малых скоростей.

км г 2,35 *

2,45

2,55 2,65

2,75€-

2,85

2,95

3,05

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8X км Рис. 5. Рассчитанные отражающие границы для демонстрационного примера

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гальперин Е.И. Вертикальное сейсмическое профилирование. Опыт и результаты. - М.: Наука, 1994. - 320 с.

2. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка. - 3-е изд., перераб. - М.: Недра, 1980. - 551 с.

3. Клаербоут Д.Ф. Сейсмическое изображение земных недр. -М.: Недра, 1989. - 405 с.

4. Пузырев Н.Н. Методы сейсмических исследований. - Новосибирск: Наука, 1992. - 236 с.

5. Аппроксимация годографов сейсмических волн полиномами минимального порядка при их автоматическом прослеживании: В сб.: Аналого-цифровые вычислительные системы и их применение / Вылегжанин О.Н., Иванченков В.П.;

Томск. политехн. ин-т. - Томск, 1989. - С. 179-186. - Рус. -Деп. ВИНИТИ 19.12.1989, № 7493 - В89.

6. Пантелеев А.В., Летова Т.А. Методы оптимизации в примерах и задачах. - М.: Высшая школа, 2008. - 544 с.

7. Лоссовский Е.К. Теоретические сейсмограммы на идеализированных моделях нефтегазовой залежи // Геофизический журнал. - 1982. - Т. 4. - № 5. - С. 26-35.

8. Лоссовский Е.К., Гордиенко Л.Я., Макарчук Л.С. Синтетические сейсмограммы на идеализированных моделях нефтегазовой залежи // Геофизический журнал. - 1985. - Т. 7. - № 4. -С. 42-54.

Поступила 08.04.2010г.

УДК 550.834.05

ПРИМЕНЕНИЕ АМПЛИТУДНО-ИНТЕРПРЕТАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ НА НЕФТЬ И ГАЗ (ВОСТОК ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ)

С.В. Зимина*, Г.И. Тищенко, К.Ю. Смирнова, О.Д. Елисеева

*Томский политехнический университет Томский филиал ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья»

E-mail: zimina-70@mail.ru

На основе геолого-геофизической изученности восточных районов Томской области выполнен ряд геологических задач. Осуществлено районирование прогнозно-нефтегазоперспективных территорий по аномальным сейсмическим эффектам в мезозойских отложениях. Установлено, что разработанная методика с применением новых технологий прогноза залежей углеводородов может быть использована при проведении геологоразведочных работ для дальнейшего изучения территории. Сделан вывод о размещении прогнозно-перспективных локализованных участках на территории исследования.

Ключевые слова:

Комплекс методов, залежь, сейсморазведочные работы. Key words:

Complex of methods, accumulation, seismic survey.

Уже более полувека в геологической литературе идет диспут о перспективах нефтегазоносности мезозоя юго-востока Западной Сибири. По этому поводу существуют различные мнения, в том числе и о высоких перспективах нефтегазоносности этих районов [1, 2]. С другой стороны, А.Э. Конторович и др. (1975 г.) [3] эти территории показал как малоперспективные для поисков скоплений углеводородов в мезозое или как бесперспективные.

В рамках государственного контракта рассматривается территория правобережья р. Оби, включая Восточно-Пайдугинскую впадину и прилегающие территории вдоль регионального профиля «Южсибгеосейс-1» (рис. 1). Анализ геолого-геофизической изученности показал, что восточные районы Томской области исследовались неравномерно. Только с 1996 г. началось планомерное выполнение региональных сейсморазведочных работ МОГТ-2Д. Объемы бурения параметрических скважин остаются небольшими - на 36 площадях

пробурено 58 скважин, из них 5 - опорных и 16 -параметрических. Тем не менее, накопленная информация позволяет, используя различные методики прогнозирования углеводородных скоплений, дать оценку перспектив нефтегазоносности мезозойских отложений Восточно-Пайдугинской впадины и прилегающих территорий.

Для достижения поставленной цели на рассматриваемой территории специалисты ТФ СНИИГГиМС провели детальный комплекс исследований геолого-геофизической информации, включающий методику прогнозирования углеводородных скоплений по аномальным сейсмическим эффектам в отраженных волнах, основанную на переобработке и спецобработке сейсмических профилей по технологичным обрабатывающим и сервисным программам «Энергосейс», «АИК», «SAM».

Рассмотрим более подробно одну из основных методик, применявшейся в данной работе. Было осуществлено районирование нефтегазоперспек-