Выделение деструктивных зон в карбонатных венд-рифейских отложениях Восточной Сибири

На временных сейсмических разрезах, полученных в результате традиционной обработки данных по методу общей средней точки (ОСТ), не всегда удается однозначно идентифицировать локальные изменения волновой картины с геологическими объектами субсейсмического масштаба. Часто это связано с наличием в геологической среде малоамплитудных разломов, зон литологического замещения пород, иными деструкциями, например зонами повышенной трещиноватости. Еще большую сложность представляет задача установления связи между фильтрационно-емкостными свойствами пород и волновой картиной на сейсмических изображениях локальных объектов геологической среды.

Известно, что обладающие улучшенными первичными коллекторскими свойствами карбонатные осадочные породы, в основном, «прозрачны» для сейсмических волн. Вместе с тем, зоны повышенной трещиноватости формируют интенсивный фон рассеянных волн со сложной интерференционной картиной. В то же время более плотные слоистые глинистые разности горных пород обладают худшими коллекторскими свойствами и в сейсмическом волновом поле формируют регулярные зеркальные отражения, то есть «гладкую» компоненту. Контрастные

изменения энергии рассеянных волн позволяют с помощью предлагаемой методики фиксировать энергетические аномалии, связанные с изменением сейсмоакустических свойств геологической среды (Гольдин и др., 2004; Поздняков, 2005; Чеверда и др., 2003). Для поиска нефтяных и газовых месторождений Восточной Сибири нами предпринята попытка применить методику формирования изображений локальных геологических объектов с аномальными фильтрационно-емкостными свойствами в рассеянных волнах.

Метод

Идея использовать незеркальную (рассеянную) компоненту волнового поля для изучения зон аномальной трещиноватости на основе фокусирующих преобразований (F-преобразований) возникла более 20 лет назад (Кузнецов и др., 2004; Шленкин и др., 1992). В работах (Гольдин и др., 2004; Поздняков, 2005; Pozdniakov, 2007) показано, что для выделения зон деструкций в последнее время активно применяется и развивается объектно-ориентированная технология с использованием методики фокусирующих преобразований. Это позволяет повысить общую информативность волновых изображений геологической среды. В качестве исходных данных для реализации методов обработки требуются полевые сейсмограммы, зарегистрированные по методу многократных перекрытий (ММП) либо стационарными сейсморегистрирующими системами (Кузнецов и др., 2004; Pozdnyakov et al., 1 997; Pozdnyakov, Tcheverda, 1998) в форматах SEGY, SEGD.

Особенность алгоритма фокусирующего преобразования заключается в построении изображения M ( Г) в текущей точке r с помощью модифицированного интегрального преобразования Кирхгофа: —

M ^{( r )}= 1■ 1 G ⁽ r -r s ^; ■ )dr s      k -⁰ F ^[ D ^]( r g 'r s - '⁾ dr g

I             Jg

- -                                                                                                                                                             -

Здесь G ( r , r_s ; ю ) есть функция Грина, вычисляемая на частоте и в текущей точке r для источника, расположенного в точке r_s . Ключевым моментом является выполнение суммирования не по всем источникам и приемникам, а только лишь для их некоторых движущихся подсистем I loc ( r ) с I и J ioc ( r ) с J , выбираемых по специальному правилу. Для того чтобы понять, каким должно быть это правило, рассмотрим отображение одного рассеивающего объекта, расположенного в некоторой точке R о однородной вмещающей среды со скоростью распространения волн V. После ряда упрощений (использование асимптотического представления функции Г рина, применения Борновского приближения для описания рассеянных волн и замены интегрирования суммированием) это изображение задается следующим соотношением:

M ^{( 1} ” )

Z f ⁽ i , j ^{) е} I loc ^х J loc

^{( 1} S + e g , I R Q

V

j"

—i                                                — где единичные векторы e и e j направлены из текущей точки r в некоторый источник и при-g емник соответственно. Импульс f (t) отличен от нуля только лишь для малых значений времени t, следовательно, в сумме останутся только слагаемые, для которых (ei + eg, R0 - r) ® 0. Таким образом, на полученном изображении самыми яркими будут элементарные отражающие площадки, ортогональные вектору рассеяния n = е ‘ + е j. Этот вектор однозначно определен sg скользящей системой возбуждения/регистрации Iloc(r) х Joc (r), и, следовательно, для ее различных конфигураций наибольшую интенсивность будут иметь различным образом ориентированные элементарные отражающие площадки. В то же время любой сингулярный сейсмоге-ологический объект может быть представлен в виде суперпозиции элементарных отражающих площадок и, следовательно, появится на изображениях для ряда различных конфигураций системы возбуждения/регистрации. Таким образом, используя априорную информацию о геометрии регулярных отражающих границ, можно выбрать такую систему наблюдения, которая будет формировать изображения только сингулярных сейсмогеологических объектов и тем самым позволит оценить энергию рассеянных волн.

Численные эксперименты с синтетическими и реальными данными

Рассмотрим далее примеры использования метода применительно к модельным и реальным полевым данным. Учитывая имеющийся опыт применения фокусирующих преобразований реальных 2D, 3D-сейсмических данных, проводится постоянная работа по усовершенствованию имеющихся методики и технологии обработки информации с использованием методов решения как прямых, так и обратных задач. Для этого все чаще применяется численное моделирование полного волнового поля для изучения трещинно-кавернозных коллекторов (Гилбо и др., 2008; Pozdniakov, 2007; Cheverda et al., 2010). Одним из примеров такого подхода к поиску трещинно-кавернозных коллекторов являются исследования по определению зависимости энергии рассеянных волн от процентного содержания микротрещин в локально-неоднородном пласте. В работе (Pozdniakov, 2007) приведено описание схемы численного расчета на параллельном компьютере синтетических сейсмограмм полного волнового поля. При выборе модели, описывающей распределение мелкомасштабных неоднородностей, учитывали результаты изученности трещинно-кавернозных коллекторов Юрубчено-Тохомской зоны (ЮТЗ) (Поздняков и др., 2009). На рис. 1 представлен фрагмент изображения трещиноватых пород венд-рифейского комплекса на примере одной из скважин ЮТЗ. Исследования проводились в интервале 2356 – 2362 м от границы катангской свиты до кровли венда. Результаты обработки данных наклономера НИД-2 показаны на рис. 1а. Собственно керн с преимущественно вертикальными трещинами изображен на рис. 1б. Фрагмент сейсмической энергии на одной из трасс (атрибута «энергии рассеянных волн») приведен на рис. 1в, на котором видно, что в трещиноватой зоне повышается уровень энергии рассеянных волн.

Для расчета синтетических сейсмограмм была задана трехслойная модель с наклонно-залегающей границей (рис. 2). В качестве пласта-коллектора был выбран третий слой толщины 32 м, содержащий в себе случайным образом распределенные неоднородности (трещины и каверны). Внутри этого слоя располагались три кластера, «заполненные» микронеоднородностями с концентрацией трещин 1 %, 3 %, 9 % на единицу объема (рис. 2). Прямая задача в пределах данной модели решалась для полного волнового поля путем численного расчета синтетических сейсмограмм по профилю с шагом 25 м. Обратная задача сейсморазведки решалась следующим образом. Синтетические сейсмограммы были обработаны по методике фокусирующих преобразований. В результате такой обработки отчетливо проявились аномальные зоны – 412 –

а)                                           б)               в)

Рис. 1. Фрагмент изображения трещиноватых пород по данным наклономера НИД-2 (а), керна (б) и атрибута «энергии рассеянных волн» (в)

(кластеры) с повышенной энергией волнового поля (на рис. 2 показаны цвеном). После этого был выполнен анализ полученного волнового изображения с целью выявления связи между энергией рассеянных волн и концентрацией мелкомасштабных включений в целевом пласте – коллекторе. Сверху представлен график суммарной энергии рассеянных волн, рассчитанный в постоянном окне вдоль модельного профиля. Результаты анализа полученных волновых изображений показывают, что предложенная методика обработки позволяет не только выделить на качественном уровне различные по сейсмоакустическим свойствам локальные объекты, но и дифференцировать уровень энергии рассеянных волн в зависимости от концентраций трещин в единице объема. Это позволяет использовать параметр «рассеянная энергия» в качестве поискового признака для выявления на волновых изображениях деструктивных зон в геологических формациях, повышая тем самым общую геологическую информативность метода.

При изучении венд-рифейского комплекса отложений Восточной Сибири 2D/3D-сейсморазведкой по результатам традиционной обработки в отраженных волнах не всегда удается однозначно идентифицировать локальные изменения волновой картины с аномальными зонами кавернозно-трещиноватых пород. Опыт изучения карбонатных коллекторов на территории Восточной Сибири показывает, что все большую актуальность приобретает задача изучения сейсморазведкой аномалий нерегулярной (незеркальной) компоненты волнового поля. Использование нестандартных подходов к обработке данных на основе выделения и анализа рассеянной компоненты в пределах карбонатного комплекса позволило закартировать

Рис. 2. Результаты отработки модельного профиля ряд локальных нефтегазоперспективных объектов. К настоящему времени по методике фокусирующих преобразований обработан достаточно большой объем сейсмических материалов (Поздняков и др., 2009). С целью дальнейшего развития и внедрения методики в сложных сейсмогеологических условиях проведена опытно–производственная обработка реальных (полевых) позиционных сейсмограмм, полученных по системам многократных перекрытий 2D и 3D. На рис. 3 представлены результаты специальной 3D-обработки.

Для уточнения пространственного положения деструктивных, в геологическом отношении, аномальных зон рассмотрим изображение на рис. 3 временные разрезы и срез (слайс расположен в центре рисунка) волнового поля. Эти разрезы являются суперпозицией гладкой и рассеянной (аномалии показаны цветом) компонент волнового поля. На горизонтальном слайсе и вертикальных срезах (разрезах) куба данных отчетливо видны зоны повышенной энергии рассеянных волн, связанные с деструкциями, преимущественно разломного типа. На временных разрезах локальные зоны выделяются в виде контрастных «столбов» с повышенной энергией рассеянных волн. Однако подобного вида аномалии могут быть связаны – 414 –

Рис. 3. Суперпозиция отраженных и рассеянных волн на слайсе (в центре) и на временных разрезах с другими природными объектами, например с геосолитонами. Поэтому для разбраковки локальных объектов необходимо выполнять пространственный анализ полученных данных, например, с целью трассирования линейно вытянутых объектов, картирования клиноформ и других геологических тел. Вполне вероятно, что на изучаемой территории существуют нарушения более мелкого ранга, не выявленные на незеркальной (рассеянной) компоненте волнового поля.

Весьма важные методические результаты были получены при тестировании параметров интерференционных фокусирующих систем и их влияния на разрешающую способность метода. На рис. 4 представлены горизонтальные слайсы с различными параметрами и пространственной ориентацией фокусирующих интерференционных систем. Показано, что выбор параметров фокусирующих систем и синтезированных апертур может существенно влиять на – 415 –

а) база суммирования Х=1200, Y=1200

г) база суммирования Х=1600, Y=1600

д)   база суммирования е) апертура 900 - 1100

Х=1600, Y=800

Рис. 4. Горизонтальные слайсы с различными параметрами и пространственной ориентацией фокусирующих интерференционных систем форму, яркость и контрастность изображений, то есть, в конечном итоге, на поисковые признаки при изучении трещинно-кавернозных коллекторов и прогнозировании нефтегазоносности на локальных участках. Анализ взаимного расположения и формы интерференционных фокусирующих систем (на рис. 4 а-е выделены серым цветом) показал, что увеличение размера базы суммирования с 1200 до 1600 м (рис. 4а, 4г) приводит к «размазыванию» изображения в зоне, контролируемой венд-рифейским разломом. На слайсе рис. 4а видно, что при меньшей базе формируется более четкое изображение в рассеянных волнах, отображая контур разлома. Очевидно, разлом играет роль большой квазивертикальной трещины и «генерирует» максимум рассеянной энергии. Использование базы большего размера (рис. 4г) «затушевывает» ло -кальные энергетические особенности в зоне разлома. Таким образом, изменение размеров баз суммирования фокусирующей системы приводит к дифференциации и локализации энергии – 416 – рассеянных волн вдоль зоны разлома. На рис. 4б, д видно, что направленность на объект интерференционной фокусирующей системы влияет на разрешающую способность и интенсивность энергии вдоль оси разлома.

Представленные на рис. 4в, е изображения сформированы с интерференционными базами приемников и источников равного размера – 1600 м. Исследуемый объект «подсвечивался» с использованием разно ориентированных апертур сейсмического сноса. Величина апертур варьировалась в пределах положительных и отрицательных значений апертур (в диапазоне удалений 900-1100 м). Обработка проводилась слева направо по направлению инлайн с использованием площадной фокусирующей системы. При положительных апертурах объект «подсвечивался» слева (рис. 4в), а при отрицательных – справа (рис. 4е). При этом видно, что энергия вдоль разломной зоны во втором случае заметно ниже, чем в первом. Это можно объяснить дифференциацией пространственных сейсмоакустических свойств геологической среды в пределах разломной зоны. Очевидно, в первом случае «плоскость разлома» имеет большую отражающую способность, чем во втором, где преобладает эффект рассеяния (то есть эффект незеркальности, шероховатости). Исходя из этих соображений, рассматривая отдельно изображения, полученные при положительных и отрицательных апертурах селективных разрезов, можно получать дополнительную геологическую информацию о строении среды, в частности прогнозировать пространственную структуру деструктивных зон. Кроме того, можно вычислить преимущественное направление трещин путем проведения специального сканирования с применением азимутального оператора в заданных временном и пространственном диапазонах волнового поля.

Заключение

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы. Форма, размеры и взаимное расположение фокусирующих интерференционных систем влияют на контрастность и яркость изображений в отраженных и рассеянных волнах. Методика обработки может послужить достаточно надежным инструментом геофизика-интерпретатора при формировании сейсмогеологических моделей сложнопостроенных сред.

Представленные результаты численных экспериментов доказывают возможность и перспективность применения методики для выделения участков с высокой интенсивностью рассеянных волн, приуроченных к зонам деструкции. На основе комплексной интерпретации геолого-геофизической информации и полей отраженных и рассеянных волн получены новые данные об особенностях геологического строения локальных нефтегазоперспективных объектов ЮТЗ.