CC BY
132
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2007 Геология Вып. 4
(9)
Применение многоволновой сейсморазведки на Бедряжской площади Пермского края
Е.В.Ваганова
ОАО «Пермнефтегеофизика», 614092, Пермь, ул.Лодыгина, 34. E-mail: goa@pngf.com Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул.Букирева, 15. E-mail: vagan2@psu.ru
Рассмотрен принцип многоволновой сейсморазведки. Особенностью данных исследований является совместная интерпретация продольных, поперечных и обменных волн. Особое внимание было уделено параметру у. Представлены два способа его получения. Показана возможность применения двойного лучепреломления для изучения трещиноватости и связанной с ней анизотропией среды. В качестве примера представлены материалы, полученные на Бедряжской площади Пермского края.
При изучении глубинного строения недр и поисках полезных ископаемых оптимально комплексное применение различных методов. Комплексный подход характерен и для каждого метода отдельно, в том числе для сейсморазведки, где совместно используются отраженные и преломленные волны.
Возникновение в твердом теле объемных упругих волн двух типов - продольных (Р) и поперечных (S) было теоретически доказано еще в начале XIX в., а в конце XX в. они были обнаружены на сейсмограммах естественных землетрясений. О необходимости привлечения волн непродольного типа писал в своих трудах Г.А. Гамбурцев [2], который поставил в общем виде задачу создания комбинированного метода, основанного на выделении с помощью трехкомпонентной регистрации преломленных и отраженных волн, носящих продольный, поперечный или смешанного типа характер. Большой вклад в использование поперечных волн сделал Н.Н. Пузы-рев [1, 3].
Однородная изотропная упругая среда, подчиняющаяся закону Гука, характеризуется разными модулями упругости. В качестве их используются модуль Юнга и коэффициент Пуассона (Е, о) или постоянные Ламэ (^, ц).
Между ними соблюдаются следующие зависимости:
E =
и\Х+ './и]
А + і
о =
oE
<+ г <-
E
2{+ 7
Параметр ц называют модулем сдвига. Приведенные выше параметры связаны со скоростями продольных (Vp) и поперечных (У^) волн:
Vp \ Р jp (- г_<+ г
Vs =
V
tL
р
V
E
2р {+ т
Параметр р в данных выражениях представляет плотность среды.
Таким образом, в идеально упругой изотропной однородной среде могут независимо друг от друга распространяться волны двух типов - продольные и поперечные. В первых частицы среды перемещаются перпендикулярно к фронту, т.е. вдоль луча, проходящего через заданную точку пространства, во вторых - вдоль фронта или перпендикулярно к лучу в различных направлениях. Поперечные волны в отличие от продольных об-
© Е.В.Ваганова, 2007
ладают важным свойством пространственной поляризации по отношению к лучу. Различают волны, поляризованные в лучевой плоскости, обозначаемые индексом 8У, и в плоскости, перпендикулярной к лучевой - 8И. В простых средах при распространении волн и 8И движение частиц материи относится соответственно к вертикальной и горизонтальной плоскостям.
В жидких и газообразных средах вращение частиц происходит без сопротивления, значит, модуль сдвига ц = 0. Отсюда следует, что поперечные волны могут существовать только в средах, обладающих упругостью формы в отличие от продольных, распространяющихся в любых связных системах.
Важное следствие теории волн -проявление обмена (обращения) волн на границах раздела: при косом падении на границу продольной волны в процессе отражения и прохождения одновременно возникают поперечные волны, получившие название обменных Р8. Происходит и обратное явление - образование продольных волн 8Р из падающих поперечных, если при косом падении на границу имеется нормальная составляющая вектора смещения.
Продольные и поперечные волны принадлежат к объемным волнам, поскольку возникновение их связано с объемными (массовыми) силами, действующими в среде. Объемные упругие волны могут существовать как в безграничном пространстве, так и в средах с границами раздела [5].
Осадочные отложения в настоящее время изучаются преимущественно методом отраженных волн, особенно при детальных исследованиях поискового характера.
При сокращении числа перспективных объектов в отложениях пород палеозойского комплекса возникла необходимость в поиске новых направлений геолого-разведочных работ. Одним из них является изучение объектов рифей-вендского возраста.
В южной части Пермского края в 2005 г. были проведены комплексные зональнорегиональные сейсморазведочные работы на Бедряжской площади с целью обнаружения и локализации нефтеперспективных объектов в рифей-вендском комплексе. В тектоническом отношении по рифейским отложениям пло-
щадь расположена в пределах Калтасинского авлакогена [4].
Особенностью данных исследований является совместная интерпретация продольных, поперечных и обменных волн. Поперечные и обменные волны используются в настоящее время для расширения возможностей сейсморазведки при комплексном использовании волн разного типа. Основные преимущества применения комплекса волн разного типа заключены, с одной стороны, в независимости, а иногда и большей точности получаемых результатов, с другой - в возможности получения новых дополнительных параметров, позволяющих более полно изучить исследуемый объект, поскольку они несут самостоятельную, независимую информацию о геологическом разрезе. В первую очередь это величина у = Vp/Vs, которая служит исходной информацией для вычисления значения коэффициента Пуассона ст = (у2 - 2)/2(у2 - 1) изучаемой среды. В основе определения величины у лежит сопоставление времен регистрации волн разных типов, отраженных от одних и тех же границ разреза [6].
На первом этапе интерпретации аналогично продольным волнам были выполнены стратиграфическая привязка и корреляция целевых отражений по материалам обработки волн разного типа. Их отождествление и стратиграфическая привязка к одним и тем же геологическим границам на Бедряжской площади проводились на основе анализа результатов обработки данных ПМ НВСП скв.454.
Следующим этапом, который реализуется именно при комплексном использовании продольных, поперечных и обменных волн, является определение дополнительных параметров, несущиех дополнительную информацию о геологическом разрезе. В первую очередь это величина у = Vp/Vs, которая, как указывалось выше, служит исходной информацией для вычисления значения коэффициента Пуассона изучаемой среды. Для случая использования наборов временных разрезов на продольных и обменных волнах выражение приобретает вид
V гт
_ р _ р$
7~ V ~ т '
^ рр
Для каждой пары временных разрезов строились амплитудно-частотные спектры и рассчитывался согласующий оператор фильтра, применяемого затем к трассам временного разреза на РР волнах, с целью приблизить их частотный состав к трассам Р8-разреза (рис. 1).
Для вычисления у использовались два основных способа.
Первый способ, который можно назвать корреляционным, заключается в расчете законов изменения параметра у в зависимости от времени для редкой сети точек по профилю. Изменения величины у в различных временных интервалах представлены на контурном цветном дисплее (рис. 2, а), где визуализируются спектры подобия, рассчитанные для определенного диапазона значений у (аналогично спектрам скоростного анализа). Выбираются точки графика у. Основной целью при этом является увязка отражений на РР и Р8 разрезах, фрагменты которых представлены в центре. В правой части рабочей панели (рис.
1, 2) строится график интервальных значений у. Наборы полученных у-законов затем объединяются в коллекцию и интерполируются вдоль профилей.
При использовании второго способа определения у выполнялось пикирование не-
скольких маркирующих ОГ (I, II, III, V, VI) для каждой пары РР и Р8 временных разрезов, на основе которого программный модуль рассчитывал библиотеки параметра у и выполнял построение разрезов мгновенных и интервальных у (рис. 3, 4). Основной интерес для интерпретации представили разрезы интервальных у, поскольку они отражают изменения скоростных параметров в определенных интервалах временного разреза, соответствующих одновозрастным осадочным толщам.
На Бедряжской площади особое внимание было уделено анализу изменений параметра у в интервалах между отражающими горизонтами и V-VI для изучения пет-
рофизических параметров рифей-вендских отложений. Для этих интервалов были построены совмещенные карты параметров у и коэффициента Пуассона о.
Для анализа и оценки результативных карт были изучены имеющиеся на сегодняшний день данные измерений полноволнового каротажа (АКШ) и результаты обработки материалов ПМ НВСП в скважинах Пермской области.
Известно, что скорости Vp, Vs в горных породах, а также их отношение Vp/Vs зависят от литологии, плотности, пористости, термодинамических условий и У В-
насыщения. Для большинства терригенных горных пород значения параметра о находятся в пределах от 0.10 - кварцевые песчаники, до 0.40 - глины. Таким образом, повышенные значения параметров в толще терриген-ных пород (о > 0.30, у > 1.85) свидетельствуют о повышенной глинистости разреза, а пониженным значениям (о < 0.17, у < 1.55) соответствуют отложения с повышенной песчанистостью и присутствием коллекторов поро-вого типа.
При совместном анализе карты петро-физических модулей и структурной карты ОГ V можно заметить, что над куполами структур (в частности, Хатымской стуктуры) и участками повышенного залегания ОГ V располагаются области высоких значений модулей (о > 0.30, у > 1.90). Это свидетельствует о глинистости отложений, т.е. отсутствии песчаных коллекторов на этих участках. Области пониженных значений (о < 0.24, у < 1.70) приурочены к склонам структур и к впадин-ным участкам площади. Низкие значения о на склонах структур связаны, вероятно, с накапливанием в этих зонах песчаных отложений.
Необходимо добавить, что присутствие в терригенных породах углеводородов (особенно газа) также понижает значения о и у в пласте-коллекторе. Таким образом, области пониженных значений петрофизических характеристик будут наиболее перспективными участками для поисков углеводородов (рис. 3, 4).
Карбонатные породы, преимущественно входящие в состав верхней части ри-фейских отложений, имеют в основном небольшие пределы изменения коэффициента Пуассона (минимальное значение 0.29 - доломит, максимальные значения 0.35 - глинистые известняки и мергели).
Карбонатные коллекторы чаще бывают сложного типа, обычно каверново-трещинные, поэтому изучение коллекторских свойств карбонатных пород тесно связано с изучением трещиноватости.
Для изучения трещиноватости и связанной с ней анизотропией среды в последние годы успешно используется специфическое свойство поперечных волн, называемое двойным лучепреломлением. Суть его состоит в том, что в присутствии анизотропии (трещин
пласте) поперечная волна расщепляется на две волны: быструю и медленную, которые можно в определенных условиях зарегистрировать. В результате специальной обработки сейсмических данных можно определить преобладающее направление трещиноватости (естественные оси анизотропии). По разнице времен прихода быстрой и медленной волн можно судить о степени ее интенсивности и рассчитать плотность трещин. В настоящее время разработаны специальные методики для изучения трещиноватости по данным на-
блюдений на РР и Р8 волнах [4]. Коллекторы каверново-трещинного типа развиты и в карбонатной толще рифея Бедряжской площади, о чем говорят результаты анализа керна двух глубоких скважин - 203, 204.
Анализ карты параметров о и у, построенной для интервала верхней части карбонатных рифейских пород, показывает слабую дифференцированность петрофизических параметров по площади - значения о изменяются от 0.30 до 0.35. Наибольший интерес вызывает полоса пониженных значений о и у в
в
западной части площади (о < 0.33, у < 2.00). Можно предположить, что более низкие значения петрофизических характеристик связаны с более высоким содержанием доломитов (о = 0.29) в рифейских отложениях. В то же время исследования керна рифейских отложений показали, что наиболее перспективными (в отношении присутствия УВ) являются пачки доломитов, отличающиеся повышенной трещиноватостью и наличием коллекторов каверново-трещинного типа.
Для более глубокого изучения петро-физических параметров исследуемой толщи был построен разрез псевдоакустических скоростей (ПАК) по ПР 1505Ь04 с использованием данных АК в скв. 203 и 204. В интервале между ОГ V и ОГ VI были определены интервальные скорости Vp и по у = Vp/Vs для того же интервала рассчитаны скорости Vs. Кроссплот на рис. 5 представляет корреляционную зависимость между двумя этими параметрами.
Обобщение многочисленных измерений полноволнового каротажа, сейсморазведки и лабораторных данных показало, что для различных литологических разностей Vs почти линейно связана с Vp по всему диапазону скоростей. Для песчаников и глинистых сланцев эта зависимость близка к «аргиллитоглинистой линии» (Vp=1.16Vs+1.36), которая широко используе ется в приложен нии AVO-анализа; для тых
вестняков она
ка к «линии известняков»: (Vp=1.90Vs). Для определения литологии породы на кроссплот нанесен график зависимости Vp=1.90Vs («линия известняков»). Исследуемая толща содержит породы смешанной литологии, поэтому точки графика располагаются далеко от линии «чистых известняков». Наиболее близко к ней оказались точки интервала СБР 900-1300. Высокие значения скоростей (Vp > 6000) в этих точках характерны для доломитов.
Данный участок профиля находится в пределах зоны пониженных значений о и у, что подтверждает предположение о повышенном содержании трещиноватых доломитов в этой зоне и о ее перспективности для поисков углеводородов.
По результатам выполненных исследований уточнено геологическое строение ри-фей-вендских отложений изучаемой территории. В частности, были не только выявлены Ново-Дубовогорская (рис.6) и Хатымская (рис.7) структуры в пределах ранее картируемых куполов Бедряжской структуры, но и за-картирован минимум значений у и о, предполагающий развитие в разрезе ашитской под-свиты Я1к13 преимущественно доломитов, которые более подвержены процессу трещино-образования, а значит, могут обладать улучшенными коллекторскими свойствами, что очень важно при планировании дальнейших
геолого-разведочных работ по оценке перспектив данной площади.
Библиографический список:
1. Возбуждение поперечных сейсмических волн импульсными источниками. Новосибирск: Ротапринт, 1981.
2. Гамбурцев Г.А. Основы сейсморазведки /Г.А.Гамбурцев. М.: Гостоптехиздат, 1959.
3. Поперечные и обменные волны в сейсморазведке. М.: Недра, 1967.
4. Проворов В.М. К вопросу о структуре фундамента Пермского Прикамья и его связи с
осадочным чехлом. Геология и петрография Западного Урала. Пермь, 1968, Вып. 3. С. 69-82 . (Учен. зап. ПГУ).
5. Сейсмическая разведка методом поперечных и продольных волн. М.; Недра, 1985.
6. Garotta R. Изучение поперечных волн. TULSA, OKUSA, 2000.
Application of multiwave seismicity on Bedrag the areas of the Perm territory
E.V.Vaganova
Open Society “Permoilgeophysics”, 614092, Perm, street. Lodigin, 34. E-mail: goa@pngf.com The Perm state university, 614990, Perm, street. Bukirev, 15. E-mail: vagan2@psu.ru
In the given work the principle of multiwave seismicity is considered. Feature of the given researches is joint interpretation продольны, cross-section and exchange waves. The special attention has been given to parameter y. Two ways of its reception are submitted. The opportunity of application of double refraction for studying jointing and is shown by the anisotropy of environment connected to it. As an example the materials received on Bedrag of the area of the Perm territory are submitted.
Рецензент кандидат геол. -мин. наук В.М. Неганов
