Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Автоматизация интерпретации профильных БЭЗ (на примере нефтяных месторождений ЧСФР)

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Автоматизация интерпретации профильных БЭЗ (на примере нефтяных месторождений ЧСФР)"

государственный комитет pcjcp по делаы науки • и высшей школы

московский ордена трудового красного знамени геологоразведочный институт имени с. орджоникидзе

На правах рукописи

Венцалек Радован

удк 550. 837. 3

автоматизация интерпретации прсяшьных вэз ( на примере нефтяных месторождения чсфр )

Специальность 04.00.12 -

геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в ¡¿зековском геологоразведочном институте им. С. Орджоникидзе.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор И. А. Безрук

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Макагонов П. П. кандидат геолого-минералогических наук Мудин И. Е Ведущее предприятие - ЦГЭ Миннефтепрома

Залдата диссертации состоится 17 октября 1991 в . часов на заседании специализированного совета Д. С65.55. 03 при Московском геологоразведочном институте по адресу:

117485, Москва, уд. Миклухо-Маклая, 23, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 1 сентября 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

-> Ю. И. Блох

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Электроразведка методом сопротивлений и, в частности, вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ), находит широкое применение при решении обширного круга геологических задач. При этом, ВЭЗ традиционно применяется в случае, если геологическое задание может быть трансформирование в задачу изучения изменений удельного электрического сопротивления с глубиной, и геоэлектрический- разрез входит в класс горизонтально-слоистых моделей.

Количественная интерпретация кривых ВЭЗ в условиях развития локальных неоднородностей либо негоризонтальных границ раздела при помощи средств, основанных на теории, разработанной для горизонтально - слоистой среды, может привести к значительному несоответствию полученного результата реальному геологическому разрезу. Решение обратной задачи ВЭЗ в общем виде, путем минимизации функционала невязки наблюденных значений и значений х), полученных в результате решения прямой задачи для двух- и трехмерных сред, на современном этапе затруднительно. В то же время, разумнее использование приемов, обеспечиващих надежную качественную (полуколичественную) интерпретацию данных при условии наличия априорной информации о геологическом строении и электрических свойствах среды, может обеспечить значительно более высокую достоверность апостериорных геоэлектрических разрезов, и следовательно, и качество интерпретации. При этом, полученные в результате интерпретации геоэлектрические разрезы можно далее использовать в качестве начального приближения при решении обратной задачи ВЭЗ в общем виде и, тем самым, ускорить ее решение.

На основе горизонтально-слоистой модели предлагались различные способы первичной обработки, трансформаций, качественной интерпретации, решения прямой задачи и решения обратной задачи с помощью ЭВМ. Теория и методика интерпретации для двухмерно-неоднородных и трехмерных сред развивается, прежде всего, в связи с совершенствованием методов математического моделирования. Отдельные аспекты современного состояния теории метода ВЭЗ отражены в монографиях Б. К Матвеева, В. П. Колесникова, 0. Куфуда, Т. Б. Яновской, Л. Н. Пороховой и в работе Электрическое зондирова-

ние геологической среды под редакцией Е К ХмелеЕского и Е А. Шев-нк'-ч. Ряд частных вопросов теории метода ВЭЗ рассмотрен в многочисленных журналных публикациях.

В ЧСФР электроразведка методом ВЭЗ применяется в комплексе с другими геофизическими методами и при прямом прогнозировании месторождений углеводородов. Так как в геологическом разрезе исследуемых нефтегазоперспегсгивных районов отсуствуют электрические экраны и требуется использовать сравнительно недорогостоящий гефизический метод, то именно ВЭЗ является адекватным методом для решения поставленных задач.

Из-за широкого применения ВЭЗ для изучения сложных геологических сред проблема повышения интерпретационных возможностей метода ВЭЗ и достоверности результатов интерпретации является актуальной.

Цель работы. Цель настоящей работы состоит в разработке алгоритмов и программ для автоматизированного рабочего места интерпретатора данных ВЭЗ на базе персональной ЭВМ типа РС /ХГ и РС /АТ, которое можно было бы эффективно использовать для качественной интерпретации данных ВЭЗ для сложнопостроенных геологических сред и для количественной интерпретации в условиях гори-зонтальнослоистых сред.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- разработка эффективного алгоритма построения вертикального разреза кажущихся сопротивлений, вертикальных и горизонтальных производных с помощью аппроксимации функции х) алгебраическим полиномом в скользящем окне методом взвешенных наименьших квадратов;

- разработка алгоритма вычисления качественных параметров на основе компонентного анализа;

- разработка алгоритмов визуализации наблюденных данных и качественных параметров (их разрезов и кривых);

- разработка средств управления графом обработки интерпретатором;

- составление программ;

- разработка методики качественной интерпретации предлагаемых интерпретационных параметров в условиях горизонтально-неоднородных сред;

- интерпретация результатов полевых работ методом ЮЗ с по-

мощью разработанных алгоритмов с целью прямых поисков нефти и газа на месторождениях Жданице, Костеланы (ЧСФР).

На защиту выносятся следующие положения:

1) Алгоритм построения вертикального разреза кажущихся сопротивлений (логарифмов кажущихся сопротивлений) и их горизонтальных производных, с помощью аппроксимации алгебраическим полиномом в скользящем окне методом взвешенных наименьших квадратов позволяет создать высокоэффективные программы для персональных ЭВМ, обеспечивает достаточную точность построений для качественной интерпретации. Путем анализа вертикальных разрезов горизонтальных производных поля х) можно выделить важную дополнительную информацию о геоэлектрическом строении участка. При этом, применение регуляризации на стадии подготовки исходных данных позволяет повысить достоверность вычисленных данных и их помехозащищенность.

2) Кластеризация наблюденных данных ВЗЗ с целью районирования может быть выполнена с помощью метода главных компонент, используя в качестве независимых признаков наблюденные значения кажущихся сопротивлений на каждом разносе. Совместный анализ собственных векторов Хк(0, Як(;0 и вертикальных разрезов изоом главных компонент г,х), учет априорной информации позволяет в благоприятных случаях определить физический смысл отдельных главных компонент и провести районирование.

3) Созданная методика качественной интерпретации данных ВЗЗ в условиях горизонтально-неоднородных сред с помощью предлагаемых алгоритмов, разработанная на основе математического моделирования, позволяет повысить эффективность и достоверность интерпретации, ускорить построение геоэлектрической модели, выделить участки горизонтально-слоистого строения разреза.

4) Результаты интерпретации данных ВЭЗ с помощью предлагаемых алгоритмов в районах месторождений Жданице, Костеланы с целью прямых поисков нефти свидетельствуют о высокой эффективности предлагаемых алгоритмов и методики.

Научная новизна. Научная новизна результатов, полученных в диссертации, состоит в следующем:

- разработаны эффективные алгоритмы вычисления и построения

вертикальных разрезов кажущихся сопротивлений и их горизонталь-

ных производных, качественная интерпретация которых позволяет выявить скрытую информацию в данных ВЭЗ;

- развивается модификация метода главных компонент для качественной интерпретации ВЭЗ;

- разработаны основы методики качественной интерпретации предлагаемых интерпретационных параметров в условиях горизонтально-неоднородных сред.

Практическая ценность. Результаты выполненных исследований характеризуются выраженной практической направленностью. Созданное АРМ ИЯУЕЗ ускоряет и улучшает качественную и количественную интерпретацию данных ВЭЗ. Включение е АРМ ШТУЕБ, кроме разработанных алгоритмов, Сазы данных ВЭЗ, алгоритмов решения прямой и обратной задачи ВЭЗ, вычисления параметров 5К., «.;, , дифференциального поперечного сопротивления дифференциальной продольной проводимости ^ и способ управления графом обработки позволяет максимально использовать опыт и интуицию интерпретатора и более полно извлечь иа данных ВЭЗ имеющуюся в них информацию. Создание базы данных теоретических кривых ВЭЗ для типичных двухмерных моделей и разработанная методика их качественной интерпретации (опробованная для прямых поисков нефти) позволяет расширить круг геологических задач, которые можно решать с помощью ВЭЗ.

Фактический материал и личный вклад автора Автор разработал алгоритмы построения разрезов кажущихся сопротивлений с помощью аппроксимации алгебраическим полиномом в скользящем окне методом взвешенных наименьших квадратов и построения разрезов вертикальных и горизонтальных производных кажущихся сопротивлений. Для кластеризации кривых ВЭЗ и построения разрезов изоом компонент кажущэгося сопротивления автор применил и модифицировал алгоритм на основе компонентного анализа. Нз основе математического моделирования, проведенного автором, были разработаны основы методики качественной интерпретации данных ВЭЗ с' помощью предлагаемых алгоритмов. Методика качественной интерпретации была опробованна автором на эталонных месторождениях нефти и газа Жданице, Косте-ланы.

Аппробация работы, публикации. Результаты работ докладывались на семинарах кафедры ЗГМ МГРИ, семинарах ВНШГеофизики и в дискуссии на школе передового опыта на тему: "Состояние и перс-

- ? -

пективы развития нефтяной и глубинной электроразведки" (Нефтеге-офизика - с 23 по 25 апреля 1991 года).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава настоящей работы посвящена анализу существующей методики обработки данных ВЭЗ и их количественной и качественной интерпретации.

Одной из главных причин, затрудняющих количественную интерпретацию данных ВЭЗ в двух- и трехмерных средах, является несоот-стветствие применяемой горизонтально-слоистой модели и класса моделей среды, в которых находится искоомое решение. Модельная ошибка может привести к значительному несоответствию результатов интерпретации и действительности.

Проведенный анализ показал, что при интерпретации необходимо решить следущие задачи:

1) оценить сложность геоэлектрического разреза;

2) выделить участки аналогичного геоэлектрического строения;

3) среди участков аналогичного геоэлектрического строения выделить участки е горизонтально-слоистым строением;

4) выделить неоднородности и определить их положение на профиле и их тип (разлом, уступ, включение, выклинивание слоев и т. Д.);

5) оценить изменение удельного электрического сопротивления с глубинной.

По поставленным задачам видно, что происходит совмещение задач профилирования и зондирования, что при наблюдениях приводит к необходимости перейти к измерениям по более густой сети.

Для решения вышеперечисленных задач в АРМ 1МТУЕ5 програмно реализованы те алгоритмы, которые позволяют:

1) путем корреляции характерных экстремумов кривых этих параметров проследить поведение в благоприятных условиях отдельных геоэлектрических горизонтов;

2) оценить изменения удельных сопротивлений в некотором эффективном слое на профиле;

3) выделить путем сравнения кривых ВЭЗ на профиле участки с похожим геологическим строением.

Для оценки поведения отдельных геоэлектрических горизонтов вычисляются для выбранной кривой параметры Б,., а.1,

Кажущаяся проводимость Б качественно характеризует продольную проводимость толщи пород до эффективной глубины зондирования и имеет смысл кажущейся продольной проводимости:

(1)

Кривые параметров сс; и и-; качественно характеризуют изменения кажущихся сопротивлений с увеличением разносов и пропорциональны соответственно первой и второй производной кажущегося сопротивления по г.

^ = г^.а." ^ /

где

г^ - 1-тый полуразнос

^ - кажущееся сопротивление, измеренное при данном полуразносе после первичной обработки.

Для оценки изменений удельных соротивлений в некотором эффективном слое в АРЫ ШУЕЗ вычисляются дифференциальная про-дольная_ проводимость и дифференциальное поперечное сопротивление р'. -"дс.

где

к.^- коэффициент, зависящий от общей анизотропии разреза и определяется опытным путем вблизи скважин.

Для выделения участков с похожим геологическим строением или неоднородностей применяется коэффициент разногласия :

где

•- кажущееся сопротивление эталонной кривой при ¡-том раз-

носе;

- кажущееся сопротивление сравниваемой кривой при 1-том разносе.

Анализируя различные дифференциальные трансформации одной кривой, все авторы приходят к выводу об их большей глубинности и разрешающей способности . Нэ одновременно, отмечается их слабая помехозащищенность и повышенная чувствительность к неоднородное-тям.

Для получения более достоверных результатов Колесников а П. предагает применять регуляризацию либо в процессе дифференцирования, либо, на стадии подготовки исходной информации.

Постановка задачи: Пусть на профиле имеется множество точек зондирования. Полагаем, что кажущиеся сопротивления ^(г, х) известны в точках разреза с координатами:

х - расстояние от точки профиля до начала профиля; г - АЪ/ 2 - при котором бьшо измерено соответствующее кажущееся сопротивление;

■г - функция, зависящая от г, высоты над уровнем моря точки зондирования и выбранного вертикального масштаба

Необходимо приблизить эти значения некоторой нерпрерывной функцией Р(г,х), значения которой в определенном смысле совпадают со значениями ^(г,х) в выше определенных точках и близки к ^(2, х) во всем разрезе.-

Эта задача решается различными методами интерполяции или аппроксимации. Для вычисления значений функции Р(2,х) в узлах координатной сети в работе разработан алгоритм, основанный на аппроксимации функции ^(г, х) алгебраическим полиномом максимально 3-ей степени в скользящем квадратном окне.

Для подчеркивания относительных изменений кажущихся сопротивлений предлагается и возможность использования вместо функции

£,(2, X) ФУНКЦИИ X)).

На алгоритме аппроксимации функции алгебраическим

полиномом максимально 3-ей степени в скользящем квадратном окне методом взвешенных наименьших квадратов мы остановились по следующим причинам:

1) алгоритмом учитываются не только величины ^(г.х), но и взаимное расположение точек, попадающих в скользящее окно, путем оценки обусловленности соответствующих нормальных уравнений;

2) алгоритм позволяет сглаживать исходную информацию для уменьшения влияния погрешностей в исходных данных;

3) алгоритм позволяет менять размеры скользящего окна в зависимости от числа точек, которые в него попадают;

4) алгоритм позволяет проводить численное дифференцирование исходных данных не только по z (вертикальных производных), но и по х (горизонтальных производных).

Вычисление коэффициентов алгебраического полинома степени ш в пределах скользящего окна проводится по методу взвешенных наименьших квадратов, исходя из условия:

ь = 0

где

Тии^ТГ- 2 Г^-гГ.*;4 (8)

1 Ь.О 1-0 *

- коэффициенты алгебраического полинома, определяемые методом взвешенных наименьших квадратов; т - максимальная степень полинома;

р! - Функция расстояния <1 от центра скользящего окна (г,,*«0 до точки );

^ « У/С^-М^ С^-^1 ^ О)

Р; (Ю)

■¡^ - половина стороны квадратного окна;

N - коэффициент, определяющий "скорость" убывания веса. Следовательно, в центре окна, который последовательно совмещаем с узлами регулярной сети (шаг по оси х - дх и по оси г -Л4 - задается интерпретатором), коэффициент £„<> равен апроксимиро-ванному значению ^(г,х), коэффициент е„Л равен первой частной производной х) по х ( горизонтальной производной), коэффициент счо равен первой частной производной -^(2,х) по 2 ( вертикальной произеодной).

Применение вместо функции ^(2,х) функции 1ое(^(г,х) позволяет подчеркнуть относительные изменения z, х) и при вычислении нормировать значения горизонтальной и вертикальной производной в узлах регулярной сети на соответствующие значения ^(2,х).

Далее предлагается алгоритм кластеризации кривых ВЗЗ и пост-

роения разрезов качественных,параметров на основе метода главных компонент.

Постановка задачи:

Пусть имеется совокупность из N кривых ВЗЗ, равномерно расположенных на профиле наблюдений, причем каждая кривая имеет одинаковую длину в ь разносов. Тогда эту совокупность можно рассматривать как набор точек в М-мерном пространстве, каждая координата точки определяется измеренным значением удельного сопротивления на соответствующем разносе. Кластеризацию таких данных можно производить на основе метода главных компонент путем линейного преобразования системы координат. Эта операция сводится к определению системы собственных чисел и собственных вектороз ковариационной матрицы данных, размерность которой по определению МаМ. Каждый из полученных собственных векторов характеризует наиболее значимые закономерности поведения наблюденных кривых, а соответствующее собственное число - вклад компоненты в суммарную дисперсию сигнала Для представления полученных результатов в форме разреза компонент £Дг,х) воспользуемся следущим способом двухмерной интерполяции данных площадных наблюдений.

Пусть на горизонтальном профиле имеется п точек ВЗЗ, которые расположены с шагом ёх, и в каждой точке ВЭЗ измерено N значений кажущегося сопротивления при N разносах АВ (разносы АВ/2 возрастают в геометрической прогрессии с козфициентом прогрессии ¡я). После перехода к логарифмическому масштабу по оси АВ/2 и введения масштабных множителей по осям х и 1о^(АВ/2), равных соответственно с!х и 1о£(т), получаем значения удельного сопротивления в узлах регулярной сети.

Двумерная интерполяция наблюденных значений может

быть проведена путем разложения исходного поля ^(1,3) на составляющие, зависящие только от одной координаты Хк(0 и Нк( з), т. е. требуется найти такие функции (векторы) Хк(1) и Нк(^), которые удовлетворяли бы следующему выражению:

2 2 - I к* пи

'.»»Д <•»« к.

или ,для случая, когда необходимо исключить линейный фон. за который принимается общий для данного разреза закон изменения кажущегося сопротивления с глубинной, выражению:

- 12 -

N г. г •

11 с £¿¿»'0-2 (12)

г£е

- кажущееся сопротивление на 1-той точке зондирования и з~том разносе после вычитания среднего кажущегося сопротивления для того разноса

Эта задача сводится к решению N систем уравнений для вычисления N функций (векторов) Хк(1) и Кк(.з), где к=1, 2, . , N. Для вычисления к-того вектора Ик(^) необходимо решить систему уравнений:

м

Ь = 5-^й,...,»» (13)

где

А*. - к-тое собственное число матрицы А; к-тый собственный вектор матрицы А.

Матрица А симметрична,ее элементы вычисляются в случае исключения фона по формуле:

где

^¿мО « а,О -

'О ^ ¿.<,2, .. Н;

без исключения фона по формуле:

А Л - ч * ' \

где

» - ^ л-¡т-- .2 2. ^

N .V»

Вектор Xk(i) связан с вектором Rk(j) соотношением: « ы

b). 2 ^ ) . ^ L{) /¿^ Сьу (i б)

Собственные числа характеризуют относительный вклад каждого собственного вектора в суммарную дисперсию, поэтому их располагаем в порядке убывания собственных чисел.

Функция в каждой точке окажется представленной сум-

мой, для случая удаления линейного фона:

f^u^) - feo - ¿

или суммой (без удаления линейного фона):

Таким образом, при составлена разрезов компонент §"t(r,x) используется та же система собственных векторов и собственных чисел, что и при выполнении кластеризации данных.

Так как значения собственных векторов Xk(i) зависят от положения точки зондирования на профиле и от строения геоэдектричес-кой среды, предлагаем для кластеризации кривых ВЗЗ, выделения неоднородностей, разломов и т.д. использовать графики значений собственных векторов Xk(i) вдоль профиля при выбранном к или линейные комбинации векторов Xk(i); к - к,, кг,..., к«.

Для выделения скрытой информации в наблюденных кривых ВЗЗ предлагаем изучение вертикальных разрезов разных компонент г, х) или их линейных комбинаций.

Так как для повышения разрешающей способности ВЗЗ, в основном, за счет снятия линейного фона, обусловленного изменением сопротивлений с глубинной, предлагается рядом авторов использовать способ нормированных производных и данданный алгоритм был програмно реализован в АРМ INTVES.

Для решения прямой задачи ВЭЗ для горизонтально-слоистой модели был применен метод линейной фильтрации. Применяется фильтр с N, = -2 и N2= 10 при шаге дискретизации =1п( 10. ) /8. 376.

В АРМ INTVES для решения обратной задачи-програмно реализо-

ъан алгоритм Хибы. Решение обратной задачи ВЗЗ проводится с помощью метода наименьших квадратов. Алгоритм представляет модифицированный метод Яохансена, комбинированный с ШлкЕардтовым алгоритмом. Этс позволяет в диалоговом режиме сочетать опыт интерпретатора и вычислительные возможности ЭВМ.

Решение обратной задачи проходит в два этапа. Сначала интерпретатор гадает с помощью "мыши" на экране начальную модель: имеет возможность закрепить не только удельные сопротивления слоев, но и глубины залегания поверхностей раздела. Далее происходит автоматическая корректировка модели.

Во второй глаЕе приводится результаты опробования предлагаемых алгоритмов проводилось на моделях двухмерных сред, для.которых прямые задачи решались с помощью программы 1Е2БЬ авторов Му-дина И. Е , Яковлева А. Г. и Перваго Е. В, которая основана на методе интегральных' уравнений.

Задача рассчитывается для поля линейных источников (идеальной поперечной установки Еяюмберже), что эквивалентно плоской модели среды. Результаты точно соответствуют моделированию на электропроводящей бумаге. В силу структуры поля линейных источников такая установка обладает более высокой глубинностью, которая превышает соответствующую установку с точечными электродами примерно в 1.5 раза.

Кривые зондирования, получаемые для точечных и линейных источников, близки по форме. При этом, кривые для линейных источников оказываются смещенными влево по оси разносов.

фи анализе предлагаемых алгоритмов возникает проблема выбора геоэлектрических моделей так, чтобы выбранные модели:

1) хорошо аппроксимировали реальные объекты и одновременно имели небольшое число параметров;

2) классов должно быть немного, но выбраны они должны быть так, чтобы отвечали простым, но часто встречающимся геологическим ситуациям.

Учитывая вышесказанное при формировании базы данных теоретических кривых ВЭЗ, мы остановились на следующих моделях:

1) двухслойные модели с неровностями кровли второго слоя •;классы: уступ, горст, грабен);

2) модели с включениями (включение прямоугольного сечения).

Нами были рассмотрении два вида уступов: уступ с высокоомным

основанием и уступ с низкими сопротивлениями в основании. Обозначим за Н<\ мощность верхнего слоя в приподнятом, а за Нг в опущенном крыльях уступа. Соотношение сопротивлений верхнего слоя и вмещающего полупространства обозначим через ¿ч. . Кривые ВЗЗ рассчитывались как для каждого уступа, так и для всех других типичных моделей в 40 точках. Для моделей уступов точки располагаются на профиле с шагом 1К), пикет О которого находится над вертикальной гранью уступа, минимальный пикет-на удалении "ОН* з сторону опусрнного крыла и максимальный пикет-на удалении ;.0Н< з сторону приподнятого крыла.

Были найдены следущие закономерности проявлекния уступа а разрезах и профильных кривых интерпретационных параметров.

На разрезе кажущихся сопротивлений хорошо отражается форма уступа. При этом разрез кажущихся сопротивлений для уступа о непроводящим основанием имеет более сложный характе-, находит отражение и при вычислении интерпретационных ::араметрсз. Путем интерполяции методом главных компонент удается ослабить искажающее влияние уступа и на разрезе 1-ой компоненты ^(г,х) выделить основные закономерности поведения ^(г,х).

Вид профильной кривой собственного вектора ХДО (ступень) позволяет уверенно судить о форме неоднородности. При этом повышенные значения вектора соответствуют области с повышенными значениями изолиний ^(г, х) и наоборот. Переходной зоной выделяется зона максимальных искажений кривых. По форме профильной кривой собственного вектора ХЛ(0 можно судить о скорости затухания искажений по мере удаления точки зондирования от сброса

На разрезе горизонтальных производных положение сброса выделяется узкой аномалией большой величины.

На разрезе полных нормированных производных наблюдается наличие аномалий, которые подчеркивают искажающий эффект уступа и не отражают изменения удельных сопротивлений модели. В связи с этим представляется затруднительным применение данного разреза для качественной интерпретации в условиях горизонтально-неоднородных сред.

Сильная зависимость вычисляемых значений вертикальных производных от параметров вычислительной схемы и сети наблюдений де-ляет этот параметр неподходящим для последующей качественной интерпретации.

Далее были проведено тестирование алгоритмов на моделях грабена, горста и включения.

Как и для уступа, введем для грабена и горста обозначение: Щ - мощность первого слоя в приподнятых частях моделей, Н2 - в опущенных блоках. Половинную ширину неоднородности обозначим через Ь. Соотношение сопротивлений верхнего слоя ^ и вмещающего полупространства ^ обозначим через /п-. Прямые задачи решались для моделей с Н^ =1, Н^ - 11, Ь = 5 и удельных сопротивлений

= 20 011 УДе-яькых сопротивлений = 20, - 1. Для включения введем обозначение: Н, глубина залегания верхней, а К^ глубина залегания нижней грани включения. Половинную ширину неоднородности обозначим через Ь . Прямые задачи решались для моделей с Н, = 1, Н2 = 11, £ = 1, ^ = 20 или 20 и 1 и = 5.

На основании проведенного анализа результатов тестирования можно провести следущие выводы:

1) разрезы кажущихся сопротивлений хорошо отражают форму неоднородности;

2) на разрезах 1-компоненты сохраняются все существенные особенности разрезов кажущихся сопротивлений, но для рассмотренных, относительно простых моделей увеличивается область, в которой кривые не искажены;

3) на разрезах компонент (г, х) (к>«=2) проявляются аномалии, которые несут информацию о более тонком взаимодействии тока и геоэлектрической среды. Так как для вышеописанных моделей основная и достаточная для качественной интерпретации информация содержится в разрезах 1-ой компоненты (г,х), соответствующие вышие компоненты мы неросматривали. В целом можно сказать,что вы-шие компоненты ^.(г,х) имеют более высокочастотный характер;

4) вертикальные грани неоднородностей определяются уверенно на разрезах горизонтальных производных, 1-ой компоненты

без линейного фона;

5) с помощью графиков значений собственного вектора Х<(0 вдоль профиля можно выделять однородные участки профиля. Точки зондирования, которым соответствуют наклонные части графика ХД]), следует включать в количественную интерпретацию только при крайней необходимости, сознавая при этом, что кривая искажена По значениям собственного вектора ХДО можно судить об

удельном сопротивлении отдельных блоков, в смысле его общего повышения или понижения относительно некоторого среднего.

На основе результатов математического моделирования предлагается для решения вышепоставленных задач следувая методика интерпретации:

На первом этапе проводится первичная обработка экспериментального материала, которая сводится к исключению случайных ошибок и устранению "Еорст". На этом же этапе выделяются кривые, искаженные приповерхностными неоднородностями.

На втором этапе (этапе качественной или полуколичест'венной интерпретации) необходимо оценить сложность геоэлектрического разреза, выделить однородные блока .и участки с горизонтально слоистым строением, неоднородности и качественно определить их положение на профиле и их тип (разлом, уступ, включение, выклинивание слоев и т. д).

На данном этапе проводим анализ следующих материалов:

1) разрезов кажущегося сопротивления;

2) разрезов горизонтальных производных;

3) графиков значений собственных векторов Хк( 1) и разрезов компонент 5,.(г,х);

4) профильных кривых дифференциальной продольной проводимости, дифференциального поперечного сопротивления и коэффициентов разногласия.

Сложность строения геоэлектрического разреза находит свое отражение в характере изолиний кажущегося сопротивления и в числе значимых компонент х).

Путем сопоставления апприорной информации и всех выше перечисленных материалов определим, какие элементы геологического строения участка находит свое отражение на графиках значений собственных векторов ХкП) вдоль профиля и на разрезах компонент £(г,х), определим их тип и местонахождение.

Положение вертикальных границ блоков уточним на основе анализа разрезов горизонтальных производных и строим упрощеную геометрическую модель неоднородности. Удельные сопротивления отдельных элементов модели оценим с помощью формальной интерпретации наименее искаженных кривых ВЗЗ и на основе параметрических данных.

На третьем этапе (этапе количественной интерпретации) при

_ 1

— lo -

необходимости решаем методом подбора обратную задачу в классе двух или трехмерных моделей, используя в качестве начального приближению модель полученную на предыдущем этапе.

В третьей главе приведены результаты интерпретации данных глубинных ВЗЗ с помощьтю АРМ INTVES на месторождениях Яданице и Ксстеланы (ЧЗФР) с целью прямых поисков нефти и газа.

В качестве примера приведем результаты интерпретации данных ВЗЗ на месторождении ВДанице.

Месторождение ЗЯданице находится в северо-восточной части Ждакицкого леса. Основные залежи приурочены к поднятию фундамента и представляют собой отдельные, гидродинамически самостоятельные месторождения, залегающие на глубине 750-980 м. Коллекторами являются выветренные, трещиноватые, гидротермально измененные гракитоиды. Залежи отделены друг от друга непроницаемой поной. В южно-восточной части поднятия находится месторождение яефти с газовой шапкой, к северово-сточной части поднятия, фундамента приуроченно газовое месторождение. Нефтеносный горизонт имеет мощность не более 90, мощность газовой шапки не превышает ICO м. Газоносный горизонт в северо-восточной части поднятия ;оиет мощность 35 м.

На рис. 1 представлена структурная схема опорного геоэлект-DHuecKoro горизонта (палеозоика и кристалиника) в районе месторождения Кданице. На схеме отображено положение интерпретационного профиля и соответствующий геологический разрез. Структурная схема бьша составлена на основе данных сейсморазведки и вертикального электрического зондирования.

С привлечением данных сейсморазведки была путем решения обратной задачи ВЭЗ на интерпретационном профиле создана геоэлектрическая модель разреза (рис. 2). При этом, по удельным сопротивлениям отдельных слоев нельзя судить о наличии или отсутствии залежи нефти и газа.

Оцэниы, каким образом проявляется и проявляется ли вообще на разрезе ка-яущегося сопротивления, разрезах и профильных кривых качественных параметров, присустЕие залежи нефти и газа на месторождения Еданице.

При представлении разрезов интерпретационных параметров по иен х отложены расстояния точек зондирования от начала профиля в ыетрах, а по оси z порядковые номера разносов питающих электро-

Рис. -1 Структурная схема оперного геоэлеетрического горизонта (палеозоика и кристалиника) в районе месторождения Жданице Условные обозначения см. рис. 2

£¿-2 2сМЗ

Рис. 2 Геоэлектрическая модель разреза вдоль

интерпретационного профиля - месторождение Яданице Условные обозначения:

1 - интерпретационный профиль

2 - изогипсы опорного горизонта

3 - жданицка свита

4 - миоцен

5 - кристалиникум

6 - проекция месторождения Ждакице на

дневную поверхность

7 - газ.нефть

дов. Разносы возрастают как функция порядкового номера разноса 1. Для более простой ориентации при рассмотрении последующих рисунков приведем порядковые номера разносов и соответствующие полуразносы, которые были использованы при описании оси г:

1 АВ/2

7 6.1

11 17.4

15 49.0

19 138.0

22 301.0

26 849. 7

30 2398. 4

34 6769. 5

Разрез кажущегося сопротивления (рис. 3, а) указывает на сравнительно сложный характер изменений геоэлектрического разреза вдоль профиля. Основная часть неоднородностей относится к верхней части разреза. Аномалии повышенного сопротивления е средней части разреза обусловлены, прежде всего, разрывной тектоникой.

На разрезе горизонтальной производной (рис. 3, Ь) находят отражение, глагным образом, проявления разрывной тектоники. В районе месторождения наблюдается более сложный характер изолиний горизонтальной производной по сравнению с областью за его пределами.

На разрезе 1-ой компоненты <^(г,х) (рис. 3, с), наблюдаем аналогичную, но более простую картину, как и на разрезе кажущихся сопротивлений. Аномалия повышенных значений 1-компоненты ^к(г,х) связаны с проявлениями разрывной тектоники и некоторые кз них могут быть обусловлены миграцией нефти.

Аномалия повышенных значений 2-ой компоненты ^(г.х) (рис. 3, с!) в области кривых с 2800 по 6200 совпадает с положением известного месторождения и может быть обусловлена миграцией углеводородов и связанными с ней изменениями горных пород. Миграция углеводородов вдоль разломов может являтся и причиной сложного строения аномалии.

На разрезе 3-ей компоненты кажущихся сопротивлений (.рис. 3.

j 7) N; о сл —

номера разносов

номера разносов

О 1251 2503 3754 5005 С25Б 750В 8759 10010 1126?

Рис. 3. с Разрез I—ой компоненты -месторождение Жданице

О 1251 2503 3754 5005 6256 7508 8759 10010 11262

Рис. 5 . (1

Рппрга ;3-пй кпмпшимггы -ммг.торождопио Ждшшцч

О 1251 2503 3754 50О5 6256 7508 8759 10010 11262

Рис. 3 • е Разрез 3—ей компоненты -месторождение Жданице

Рис. 3 , Т а - график иимпшмшй ообогионпого покторл X, ( О по профилю л - грпфик ИЛМОНПНИЙ суммы сО^с'ПЮИПЫХ ||Пк.то1)оп2Х1 ( I) ; I -1 , . . Д! по профилю, профиль * 1 1 ' -- месторождение )кд.ишц,('

е),, залежь и вмещающие ее породы проявляются как область аномально- сложного геоэлектрического строения. На фоне спокойного, горизонтального хода изолиний выделяется разлом, который пересекает залежь и акомзлки связанные с миграцией угловодородов.

При кластеризации кривых ВЭЗ месторождение Кдачкце проявляется на графиках значений собственных векторов Хк(0 по профилю повышенными значениям, что находит отражение на графике значений собственного вектора ХЛО и на графике значений суммы собственных зекторов Хк(1), к=1,2,...-. ,8 (рис. 3, Г).

В целом для рассмотренных месторождений углеводородов были выявлены следующие закономерности проявления на разрезах и графиках интерпретационных параметров.

На разрезах кажущегося сопротивления удается с уверенностью выделить только поднятия фундамента, к которым в данных условиях могут быть приурочены залега нефти и газа.

На разрезах горизонтальны?: производных месторождения нефти и газа проявляются как участки аномально сложного строения, чему соответствует и более сложный по сравнению с областью за пределами месторождения характер изолиний горизонтальной производной.

Из разрезов компонент кажущегося сопротивления на основании априрорной информации удалось Еыбрать те разрезы, на которых месторождения углеводородов проявляются наиболее отчетливо. Нзк-более информативными оказал!!сь разрезы 2-ой и .главным образом, 3-ей компонент ^(г,х) анализ которых позволяет судить о наличии месторождения. При этом, несмотря на нерегулярный шаг по профилю и небольшое число точек зондирования, границы месторождения по датнш ВЗЗ близки к границам месторождения, определенных на основе бурения.

Аналогичную информацию можно извлечь и при кластеризации кривых ВЗЗ на основе метода главных компонент.

Приповерхностные неоднородности и также существенное изменение геоэлектрического разреза в пределях профиля могут создать трудности при анализе материалов обработки по методу главных компонент. Уменьшить влияние этих факторов можно: 1) ЕЫбором оптимальных минимальных и максимальных разносов; 2) проведением обработки не сразу целого профиля, а по однородным участкам.

Следовательно, при прямых поисках нефти и газа применение предлагаемых алгоритмов обработки позволяет выделить из данных

ВЭЗ скрытую информацию, которая связана с присуствием залежи углеводородов и изменениями горных пород выше залежи под влиянием миграции нефти и газа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты работы сводятся к следующему:

- разработаны эффективные алгоритмы и программы построения разрезов кажущихся сопротивлений, их горизонтальных производных и компонент кажущегося сопротивления;

- разработан алгоритм и программа кластеризации кривых БЭЗ на основе компонентного анализа;

- составлен банк данных моделей, описывающих типичные двухмерные неоднородности: уступ, грабен, горст, включение;

- проведен анализ проявления типичных моделей в разрезах кажущихся сопротивлений, горизонтальных и вертикальных производных и компонент кажущегося сопротивления;

- проведен анализ результатов кластеризации кривых ВЭЗ над типичными двухмерными моделями;

- продложены основы методики качественной (полуколичественной) интерпретации данных ВЭЗ в двухмерно-неоднородных средах;

- результаты качественной интерпретации данных глубинных БЗЗ на месторождениях нефти и газа Кданице, Костеланы свидетельствуют о высокой эффэгсг:шности вышеописанных алгоритмов при прямых поисках углеводородоз;

- включение в АРМ ШТУЕЭ, кроме разработанных алгоритмов, базы дачных ВЭЗ, алгоритмов решения прямой и обратной задачи ВЭЗ, вычисления параметров 5*.;,, дифференциального поперечного сопротивления ^ дифференциальной продольной проводимости

и спосои управления графом обработки позволяет максимально использовать опыт и интуицию интерпретатора и более полно извлечь из даш::;-;: ВЭЗ имеющуюся в них информацию.

Подводя ;!?ог работе, можно сказать, что метод ВЭЗ с успехом может быть использован на практике для изучения горизонтально-неоднородных сред и, б частности, для прямых поисков углеводородов. Применение разнообразных методов качественной (полуколичественной) интерпретации для построения геоэлектрической модели среды позволяет создать начальную модель, применение которой при решении обратной задачи в общем виде значительно экономит время и уменьшает модельную ошибку.