Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Оценка эффективных параметров сред с ориентированными трещинами в модели линейного проскальзывания по данным об анизотропии скоростей и поглощения сейсмических волн

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Оценка эффективных параметров сред с ориентированными трещинами в модели линейного проскальзывания по данным об анизотропии скоростей и поглощения сейсмических волн"

На правах рукописи

ДУГАРОВ Гэсэр Александрович

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СРЕД С ОРИЕНТИРОВАННЫМИ ТРЕЩИНАМИ В МОДЕЛИ ЛИНЕЙНОГО ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЯ ПО ДАННЫМ ОБ АНИЗОТРОПИИ СКОРОСТЕЙ И ПОГЛОЩЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН

25.00.10 — Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

005545139

НОВОСИБИРСК - 2013

005545139

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук (ИНГГ СО РАН).

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук Оболенцева Ирина Романовна.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Немирович-Данченко Михаил Михайлович,

Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука СО РАН, ведущий научный сотрудник; кандидат физико-математических наук Баюк Ирина Олеговна,

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, ведущий научный сотрудник.

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения Российской академии наук (ИВМиМГ СО РАН).

Защита состоится 18 декабря 2013 г. (среда) в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 003.068.03 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, в конференц-зале.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу:

630090, г. Новосибирск, просп. Ак. Коптюга, 3, ИНГГ СО РАН; факс: 8(383)333-25-13, 330-28-07; e-mail: NevedrovaNN@ipgg.sbras.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИНГГ СО РАН.

Автореферат разослан 15 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.г.-м.н., доцент

H.H. Неведрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объект исследования - анизотропия скоростей и поглощения в средах с ориентированной трещиноватостью, описываемых моделью линейного проскальзывания.

Предмет исследования - функциональные зависимости между эффективными параметрами трещиноватости - комплексными ослабленностями, нормальной и касательной, - и характеристиками анизотропии скоростей и поглощения сейсмических волн в средах трансверсально-изотропной и орторомбической симметрии; алгоритмы решения обратной задачи по определению эффективных параметров трещиноватости.

Актуальность темы и направленность исследования.

В середине 1980-х годов в мировом сообществе геофизиков произошел коренной переворот во взглядах на роль анизотропии упругих свойств горных пород в формировании сейсмических волновых полей, регистрируемых при наблюдениях ЗБ-ЗС. Выяснилось, что важнейшим фактором, влияющим на наблюдаемые волновые поля, является азимутальная анизотропия. Она возникает вследствие наличия в среде трещин, которые выравниваются в ориентированные системы благодаря действию неравномерно распределенных в земной коре горизонтальных напряжений. Ось симметрии системы вертикальных трещин оказывается ориентированной по нормали к плоскостям трещин, т.е. по горизонтальному направлению определенного азимута, отчего обнаруженная анизотропия была названа азимутальной. Первое время для нахождения вертикальных трещин и определения их параметров использовали свойства анизотропии скоростей. Последние пять — десять лет внимание геофизиков привлечено к анизотропии поглощения, которая, как это следовало из теории, должна быть на порядок сильнее анизотропии скоростей. Лабораторные эксперименты и полевые наблюдения, пока выполненные в небольших объемах, подтвердили этот факт. Настоящая работа, посвященная использованию обоих атрибутов: анизотропии скоростей и анизотропии поглощения - для выявления трещиноватых коллекторов и нахождения их характеристик, открывает новые возможности решения одной из актуальных задач нефтяной разведочной геофизики.

Цель работы — повышение достоверности оценки эффективных параметров трещиноватых пород-коллекторов путем совместной обработки данных по анизотропии скоростей и поглощения

квазипродольной и двух квазипоперечных волн в модели линейного проскальзывания.

Задача исследования — разработать алгоритмы определения эффективных параметров трещиноватости на основе анализа анизотропии скоростей и поглощения квазипродольных и квазипоперечных волн в средах с ориентированными трещинами, описываемых моделью линейного проскальзывания. Основные этапы исследования.

1. Обоснование выбора модели линейного проскальзывания для математического описания анизотропии поглощения совместно с анизотропией скоростей в средах с ориентированными трещинами.

2. Анализ зависимости анизотропии скоростей и поглощения в трансверсально-изотропной и орторомбической средах от эффективных параметров трещиноватости и вмещающей среды.

3. Решение обратной задачи и его программная реализация для сред трансверсально-изотропной и орторомбической симметрии, состоящее в определении эффективных параметров трещиноватости по анизотропии скоростей и поглощения волн трех типов; программная реализация решения.

4. Применение разработанных алгоритмов определения эффективных параметров трещиноватости к данным многоволнового вертикального сейсмического профилирования (ВСП) на Пеляткинской площади в Западной Сибири.

Защищаемые научные результаты.

1. Алгоритмы решения обратной задачи по оценке комплексных ослабленностей — эффективных параметров трещиноватости в модели линейного проскальзывания, — которые реализованы программно с использованием системы компьютерной математики Wolfram Mathematica 8.

2. Рекомендации:

• использовать модель линейного проскальзывания с комплексной матрицей констант упругости—поглощения как наиболее универсальную эффективную модель для математического описания анизотропии скоростей и поглощения в трещиноватых средах на макроуровне, ввиду возможности перехода к той или иной физической модели с конкретными характеристиками трещиноватости, такими как, например, плотность трещин, тип флюида.

• использовать модель орторомбической системы симметрии, в которой учитывается тонкая слоистость вмещающей среды, для

проведения более достоверной оценки эффективных параметров системы вертикальных трещин по экспериментальным данным по сравнению с использованием модели трансверсально-изотропной среды, в которой вмещающая среда считается изотропной.

Новизна результатов и личный вклад.

1. Разработаны оптимизационные алгоритмы решения обратной задачи по оценке комплексных ослабленностей в средах трансверсально-изотропной и орторомбической симметрии на основе совместного анализа зависимостей скоростей и поглощения квазипродольной и двух квазипоперечных волн от эффективных параметров модели линейного проскальзывания.

2. Путем численного моделирования установлено, что нахождение эффективных параметров системы вертикальных трещин в трансверсально-изотропной модели среды может привести к ошибкам в определении ослабленностей по реальным данным, поэтому надо использовать модель орторомбической симметрии — эффективную модель среды с вертикальными трещинами в тонкослоистой среде.

Достоверность полученных результатов подтверждена процедурами верификации разработанного комплекса алгоритмов и программ на синтетических входных данных, рассчитанных как путем точного решения прямой задачи, так и по приближенным формулам. Кроме того проверена устойчивость решения по отношению к случайным помехам того же порядка, что и в данных полевых наблюдений методами ВСП и отраженных волн.

Фактический материал и методы исследования.

Исследование распространения сейсмических волн в средах с ориентированными системами трещин выполнено путем анализа решения прямой задачи, т.е. собственных значений тензора Кристоффеля для комплексной матрицы констант упругости-поглощения, соответствующей модели линейного проскальзывания, описывающей трещины. Решение обратной задачи получено оптимизационными методами (методами Левенберга-Марквардта и внутренней точки) на основе исследования целевой функции для различных вариантов ее задания. Программная реализация решения обратной задачи, включающая выбор подходящих алгоритмов минимизации целевой функции, выполнена с использованием системы компьютерной математики Wolfram Mathematica 8. Работоспособность построенных алгоритмов и программ проверена путем применения их к

полевым данным многоволнового ВСП на Пеляткинской площади в Западной Сибири.

Значимость работы. Ориентированность трещин в осадочных породах создает новые возможности их обнаружения, поскольку возникающая анизотропия скоростей и поглощения непосредственно связана с направлением трещиноватости пород и ее характеристиками. Определение направления трещиноватости необходимо как для поиска пород-коллекторов, так и для правильного планирования эксплуатации месторождения, а знание параметров трещиноватости позволяет проводить более корректный подсчет запасов углеводородов. Выполненное исследование и созданные на его основе алгоритмы и программы вносят вклад в развитие программно-алгоритмических средств решения задач поиска трещиноватых коллекторов и определения эффективных параметров трещиноватости. Важен вывод о необходимости применения модели орторомбической симметрии вместо широко используемой трансверсально-изотропной модели. Указано новое направление будущей работы по совершенствованию теоретической модели среды с ориентированной трещиноватостью на основе учета трещинных поверхностных волн и связанных с ними эффектов.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на семинарах ИНГГ СО РАН и докладывались на 9 конференциях: 5-я Сибирская международная конференция молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2010); 81st, 83rd SEG International Exposition and Annual Meeting (San Antonio, 2011; Houston, 2013); VII, IX Международный научный конгресс «Интерэкспо ГЕО-Сибирь» (Новосибирск, 2011 и 2013); Конференция, посвященная 75-летию со дня рождения академика C.B. Гольдина, «Гольдинские чтения» (Новосибирск, 2011); Всероссийская молодежная научная конференция с участием иностранных ученых, посвященная 100-летию академика A.A. Трофимука, «Трофимуковские чтения молодых ученых» (Новосибирск, 2011); IV Международная молодежная научная школа-конференция «Теория и численные методы решения обратных и некорректных задач» (Новосибирск, 2012); Ежегодная международная конференция «Дни дифракции» (Санкт-Петербург, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 2 в ведущем периодическом издании из списка ВАК («Технологии сейсморазведки»), 9 в сборниках тезисов и материалах конференций.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (82 наименования). Работа изложена на 146 страницах, включая 63 рисунка и 8 таблиц.

Благодарности. Автор выражает благодарность за всестороннюю поддержку научному руководителю д.г.-м.н. И.Р. Оболенцевой, а также за ценные советы и замечания к.т.н. С.Б. Горшкалеву, В.В. Карстену, д.т.н. Ю.И. Колесникову, д.ф.-м.н. В.А. Чеверде, д.ф.-м.н. Б.П. Сибиря-кову, д.г.-м.н. В.Д. Суворову и всем участникам обсуждения работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении определены объект и предмет исследования, обоснована его актуальность, сформулированы цель и задача работы, указаны основные ее этапы, приведены защищаемые результаты и охарактеризована их научная новизна, а также значимость работы в целом.

Глава 1 содержит краткий обзор литературы по распространению сейсмических волн в средах с ориентированной трещиноватостью и основные положения теории, используемые далее в главах 2-4.

В диссертации для математического описания ориентированных трещин используется модель линейного проскальзывания: Клем-Мусатов и др. (1973, 1974), БсЬоепЬегя (1980, 1983), киБипегаЫ (1983), Ругак-МоНе ег а1. (1990а, 1990Ь), Си Й а1. (1996), МоЫкоу, ВакиНп (1997), Бакулин, Молотков (1998). Обобщение модели на поглощающие среды выполнено Чичининой и др. (2006). Поглощение вводится путем использования комплексных ослабленностей вместо действительных. В случае трансверсально-изотропной среды это нормальная ослабленность Д у = Ал, — ¡А'ч и касательная Дг = Дг — ¡А'т, а в случае среды орторомбической симметрии касательных ослабленностей две: А,, = А,, —/Д',, и Д„ = Ан — г"Д'„ . Действительные и мнимые части ослабленностей - безразмерные величины. Они подчиняются неравенствам: 0 < А'ч, « АЛ, < 1, 0 < А'ПУН) « ДП,, Н) < 1. На

поглощающие среды с частотной дисперсией обобщение модели линейного проскальзывания выполнено Сагсюпе (2012).

От ослабленностей можно переходить к параметрам других моделей, на макроуровне эквивалентных модели линейного проскальзывания. Это позволит найти некоторые физические характеристики трещиноватости, например, плотность трещин, тип флюида и некоторые другие. ВакиПп, СгесИка, Твуапкт (2000) показали, как это делается в случае перехода от

модели линейного проскальзывания к моделям, которые построили Hudson (1980, 1981, 1988), Hudson et al. (1996) и Thomsen (1995).

Вследствие комплексности ослабленностей, матрицы С модулей упругости-поглощения также являются комплексными. Показан их вид для трех моделей сред с ориентированными трещинами и кратко освещены способы нахождения скоростей и поглощения в этих средах. Приводятся те сведения, которые далее используются в главах 2-4.

Глава 2 посвящена изучению анизотропии скоростей и поглощения трех типов волн в трансверсально-изотропной среде, длинноволновом эквиваленте среды с одной системой параллельных трещин в изотропной среде.

Выполнен детальный анализ зависимостей анизотропии скоростей и поглощения от комплексных ослабленностей, характеризующих трещины и вмещающую породу, и на его основе построены алгоритмы оценки параметров трещиноватости по данным об анизотропии скоростей и поглощения волн qP, qSV, SH (обратная задача). Анализ зависимостей анизотропии скоростей и поглощения проведен для значений ослабленностей близких к реальным, их выбор сделан по данным эксперимента Гика, Боброва (1996) на пластинчатой модели, имитирующей среду с трещинами. Действительные части ослабленностей Д „, Ат находятся в пределах от 0.1 до 0.6, мнимые

части A'v , Д'г на порядок меньше действительных.

Наиболее характерные зависимости фазовых скоростей Vm , m = qP, qSV, SH, и поглощения Q^ от угла Р между волновой нормалью и осью симметрии среды приведены на рисунке 1.

При расчете графиков фазовых скоростей фиксировались мнимые части ослабленностей, а при расчете поглощения - действительные части, как это указано на рисунке 1. Приведенные графики рассчитаны для случая вмещающей изотропной среды с отношением скорости поперечной волны к скорости продольной Vsм / VPM = 0.6, поскольку при больших значениях этого параметра влияние трещин максимально.

Из рисунка 1 следует, что чем больше значения ослабленностей, тем больше скорости отклоняются от значений в изотропной вмещающей среде (они показаны зелеными линиями на рисунке 1) и тем больше значения поглощения Q'y. Наибольшие изменения скоростей и поглощения для волн qP и SH характерны для углов 0°-45°, т.е. той половины интервала 0 -90°, которая примыкает к направлению оси

симметрии. На графике 4 скоростей волны цР видно наличие минимума при р ~ 30° в случае если Дг > А„.

у„р<л»Л'-км/с = 4 = 0 06 Ч,а»(АкА)>км/<! Ам = лт = 0 06 У5и(Дт), км/с л!, = 0.06

Рисунок 1. Фазовые скорости V и поглощение <2 1 волн qP, дБУ, БН в функции угла Р между осью симметрии среды и волновой нормалью п в средах с

разными значениями комплексных ослабленностей Ак , Ат , мнимые и действительные части которых для графиков 1 -5 даны в таблице 1. Во вмещающей изотропной среде отношение К5йо !УРЫ = 0.6

Таблица 1. Значения параметров функций К(/?) и 0 1 (/?) на рисунке I

ут Сг' 0~' &я

К А. К А; А, д; А, а;

1 0.1 0.3 0.1 0.3 0.03 0.3 0.06 0.3 0.03

2 0.3 0.1 0.3 0.3 0.06 0.3 0.03 0.1 0.06

3 0.3 0.3 0.5 0.3 0.06 0.3 0.06 0.3 0.06

4 0.3 0.5 0.3 0.06 0.3 0.1 0.5 0.06

5 0.5 0.3 0.3 0.1 0.3 0.06 0.3 0.1

Обратная задача, состоящая в нахождении действительных и мнимых частей нормальной и касательной ослабленностей Д^, Ат по данным об анизотропии скоростей V и поглощения (Т волн трех типов решается методом наименьших квадратов. Минимизируемая целевая функция задается как сумма квадратов отклонений экспериментальных значений скоростей и поглощения Ксхр т., , от теоретических

С ~ ~ Л2 2

р=± —' ■ (1)

/-1 ' /=1 V т,во у ' 1

Целевая функция рассматривалась в виде (1) и в частных случаях, когда задавались только скорости или только поглощение, разные сочетания волн qP, яБУ, а также разные интервалы углов [1: от 0° до 45°, от 45° до 90°. Ставилась задача найти из всех возможных вариантов задания целевой функции те, которые позволяют достаточно хорошо определять искомые параметры: действительные Ак, АТ и

мнимые д;, Д'г части нормальной и касательной ослабленностей.

В результате сделаны следующие выводы:

• при использовании только квазипродольных волн цР хорошо определяется лишь нормальная ослабленность А„ ;

• для определения касательной ослабленности Дг лучше использовать поперечную волну 8Н;

• использование квазипоперечной волны возможно лишь в случае слабой анизотропии, вследствие наличия петель на поверхности лучевых скоростей;

• наилучшие результаты дает совместная интерпретация квазипродольных qP и поперечных 8Н волн;

• наиболее информативно использование интервала углов 0° - 45°.

В главе 3 рассматривается среда орторомбической симметрии.

Анализируются, на основе численного моделирования, особенности распространения квазипродольной и двух квазипоперечных волн, и излагаются способы оценки параметров системы вертикальных трещин по данным об анизотропии скоростей и поглощения этих трех типов волн. В качестве вмещающей среды выступает тонкослоистая среда, среда УТ1. Для такой модели введено обозначение \/г+УТ1. Кроме

модели 1 /г + УТ1, рассматривается также модель среды с двумя системами взаимно ортогональных вертикальных трещин в изотропной вмещающей среде. Эта модель названа 2 /г. Для рассмотренной в главе 2 модели - система вертикальных трещин в изотропной вмещающей среде - введено обозначение 1 /г. Схематическое изображение всех трех моделей приведено на рисунке 2.

1 //■ 1/г +1 Т1 2/г

Рисунок 2. Схематическое изображение моделей 1/г, 1 /г + УТ1 и 2/г

Обратная задача для сред 1/г + УТ1 и 2/г решается по данным об анизотропии скоростей и поглощения в двух вертикальных плоскостях симметрии х,х3 и х2х3, поскольку решение по данным в ЗО представляет большую проблему из-за неоднозначности волновых поверхностей квазипоперечных волн. Причиной неоднозначности являются особые точки волновых поверхностей, связанные с акустическими осями и нарушением условий регулярности волновых поверхностей. Проведено исследование этих особенностей волновых поверхностей для моделей среды 1 /г + УТ1 и 2/г.

Действительные и мнимые части нормальной ослабленности Д,, и касательных Аг , Д.,. характеризующих систему вертикальных трещин в средах 1/г + УТ1 и 2/г, ищутся путем последовательной минимизации. Сначала по данным анизотропии скоростей производится поиск действительных частей ослабленностей, а затем по данным анизотропии поглощения ищутся их мнимые части:

тт ^ = тт^Г^,,.(Д„,Дг,А„) — ) ,

" 1=1

п 2

™ ^ = ттX(Д'Л„Д;,Д'Н)-) •

(2)

(3)

При этом для уменьшения числа неизвестных параметров модули упругости-поглощения вмещающей среды VTI в модели 1 fr + VTI считаются известными. Их можно найти априори, путем осреднения по формулам из статьи [Backus, 1962] данных о тонкой слоистости, которые можно получить из акустического каротажа и/или используя литологическую колонку для изучаемой площади.

Решение обратной задачи по синтетическим данным (без погрешностей) в качестве экспериментальных показало, что для обеих орторомбических моделей, 1 fr + VTI и 2fr, искомые ослабленности находятся практически точно.

Значительная часть главы 3 посвящена проблеме выбора модели при решении обратной задачи в случае среды с одной системой вертикальных трещин: выбрать орторомбическую (\ fr+VTI) или трансверсально-изотропную (1 /г)? В настоящее время на практике используют преимущественно более простую трансверсально-изотропную модель, в которой вертикальные трещины считаются находящимися в изотропной среде, хотя хорошо известно, что осадочные породы являются тонкослоистыми, т.е. их эффективная модель - среда VTI, а среда VTI с вертикальными трещинами уже орторомбическая. Поэтому важно оценить насколько велики будут ошибки в определении значений ослабленностей, если игнорировать тонкую слоистость вмещающей среды и использовать модель 1 fr вместо 1 fr + VTI. Для ответа на этот вопрос было проведено численное моделирование.

Экспериментальные (синтетические) данные рассчитывались в модели \fr + VTI для двух случаев среды VTI: тонкослоистые среды с одинаковыми тонкими слоями (карбонатные породы) и с разными, периодически чередующимися, четырех типов по классификации Невского (1974). Для тех и других сред эффективная модель - среда VTI, но только в первом случае она описывается моделью линейного проскальзывания с четырьмя параметрами: ослабленностями , Аг и скоростями Vp т, Vs/Sa в изотропной вмещающей среде, а во втором случае пятью модулями упругости-поглощения С. . Синтетические данные - значения фазовых скоростей и поглощения волн qP, qSV, SH — рассчитывались в двух плоскостях симметрии ( х,х3, х2х3) в интервалах

углов между волновой нормалью и осью х, от 0° до «35°, что соответствует наблюдениям при ВСП. Плоскость х2х3 параллельна плоскостям вертикальных трещин, плоскость х,х, перпендикулярна им.

Обратная задача решалась для обоих случаев тонкой слоистости среды УТ1 в модели \/г + УТ1. Найденные значения ослабленностей А, Дг и скоростей Уры, У8 во приведены на рисунках 3 и 4.

а)

б)

Ур. 150

„КМ/С

Ур. ¡50

км/с

П км/с

Г)

данные 1£г+УГ1

1 .Ог-;-г-

0.8 I 0.6 0.4

0.2 -

0.0>--

модель 11: г

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

м-

9 •

Д'у Д

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

'$,¡30

данные 2íx

Ах

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

»

Д{, д V

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

модель 1£г

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

■

&{. д г

1.0

0.8

0.6

0.4

0.0

Ду Д г

0. 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

• - др;

0 - дР+дЭУ;

0 - дР+БН;

ф - дР+яЭУ+ЗН

-*- ___

А{. Д г

Рисунок 3. Результаты определения параметров модели 1/г по данным моделей \/г + УТ1 (а, б) и 2/г (в, г). Истинные значения параметров показаны черными черточками, а найденные - цветными кружочками, цвет которых указывает типы использованных волн

„км/с

Гр.по

п

Урлш О „км/с

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

Дл- Д г Тип анизотропии П

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

Д.у

Дг

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

Тип анизотропии III

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

Д.у Дг

Тип анизотропии IV

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

Ду

Дг

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

Д5-

Д1-

ЧР;

;

дР+ЭН; дР+дЭУ+ЗН

т,

Д'г

Д'у Д'г

Рисунок 4. Результаты определения параметров модели 1 /г по данным модели \/г + УТ1. Обозначения те же, что на рисунке 3

Из рисунка 3 следует, что если реальная среда орторомбической системы симметрии (модели 1/г + УТ1, 2 /г), а параметры трещиноватости, ослабленности, ищутся в модели трансверсально— изотропной среды (1/г), то погрешности определения ослабленностей могут быть очень большими. Особенно большой оказалась погрешность нахождения Ал. в случае, изображенном на рисунке 3 а): Л¥ > 0.8 вместо 0.23. Для модели с двумя системами вертикальных трещин ( 2/г) ослабленности второй системы, горизонтальной, остались не

найденными в модели Ifr, и за счет этого исказились значения А Л,, А г вертикальной системы трещин.

Обратимся к рисунку 4, на котором показаны результаты решения обратной задачи для четырех моделей 1 fr + VTI, в которых горизонтальная тонкая слоистость среды VTI соответствует четырем типам анизотропии, введенным М.В. Невским. Значения модулей упругости для этих типов анизотропии взяты из таблицы 3 в его книге «Квазианизотропия скоростей сейсмических волн». Из рисунка 4 следует, что в случае анизотропии типа I и II получаем заниженные значения ослабленности Д^, а в случае анизотропии типа III и IV — наоборот, завышенные. И это понятно. В рассматриваемом интервале углов 0°-30° при анизотропии типа I и II скорость волны qP-возрастающая функция, поэтому в модели 1 fr это возрастание компенсируется уменьшением AN. При анизотропии типа III и IV скорость волны qP для углов 0°—30° убывает, и это компенсируется завышенными значениями Ая.

В главе 4 дается пример определения значений ослабленностей по экспериментальным данным многоволнового ВСП скважины 830 на Пеляткинской площади, расположенной в северной части Западной Сибири [Горшкалев и др., 2011]. Для определения ослабленностей был выбран азимутально анизотропный газонасыщенный интервал мощностью порядка 100 м на глубине 2.5 км. В этом интервале глубин наблюдается переслаивание песчаников и аргиллитов, т.е. вмещающая трещины среда — VTI. Были найдены ее 5 модулей упругости-поглощения. Ослабленности находились в орторомбической модели.

Поиск действительной части нормальной ослабленности AN выполнялся путем минимизации невязки между наблюдаемыми и теоретическими временами прихода волны qP в пункты приема. Для расчета теоретических времен прихода использовались двухточечные алгоритмы расчета лучей в анизотропной среде, которые представляют собой дополнительные задачи минимизации согласно принципу Ферма. Для определения действительной части касательной ослабленности Av минимизировалась невязка между наблюдаемыми и теоретическими разностями времен прихода волн qSi и qS2. Найдено, что А v =0.38, Av = 0.05. Значение касательной ослабленности Дя не было

определено, для его определения необходимы данные не ВСП, а межскважинного просвечивания.

Для определения мнимых частей ослабленностей использовались данные анизотропии поглощения. Методом спектральных отношений определялись значения поглощения ()'' в плоскости вертикальных трещин и по нормали к плоскости. Для плоскости трещин было получено значение £2^=0.01, а по нормали к ней 0^=0.12. Такие

значения характерны для газонасыщенных отложений [КНтепЮз, 1995; Буогкт, Мауко, 2006].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью диссертационной работы было продвижение вперед в проблеме изучения анизотропии поглощения сейсмических волн в породах с ориентированными трещинами. Внимание геофизиков к этой проблеме было привлечено сравнительно недавно, в последние годы, после того как были достигнуты успехи в поисках трещиноватых коллекторов углеводородов путем использования свойств анизотропии скоростей, извлекаемых из времен пробега и из коэффициентов отражения при наблюдениях ЗЭ-ЗС. Использование нового атрибута -анизотропии поглощения — в дополнение к анизотропии скоростей представлялось перспективным по той причине, что анизотропия поглощения в горных породах, согласно теоретическим представлениям, на порядок сильнее анизотропии скоростей. Однако получить количественные оценки анизотропии поглощения с достаточной точностью гораздо труднее, чем в случае анизотропии скоростей.

В данной работе проведено исследование функциональных зависимостей между параметрами трещиноватости и характеристиками анизотропии скоростей и поглощения квазипродольной и двух квазипоперечных волн в средах трансверсально-изотропной и орторомбической систем симметрии в рамках модели с линейным проскальзыванием. Показано, что модель линейного проскальзывания с комплексной матрицей констант упругости-поглощения является достаточно универсальной эффективной моделью для математического описания анизотропии скоростей и поглощения в трещиноватых средах, так как позволяет переходить к той или иной наиболее подходящей физической модели с конкретными характеристиками трещиноватости.

Путем численного моделирования проведена оценка параметров трещиноватости по данным анизотропии скоростей и поглощения волн

трех типов: квазипродольной и двух квазипоперечных. Выявлено, что по одним квазипродольным волнам определить достаточно достоверно ориентацию системы вертикальных трещин и найти параметры трещиноватости нельзя. Для полной характеристики трещиноватости, дающей возможность, в частности, определить плотность трещин и тип заполняющего их флюида, необходимо совместное применение данных анизотропии скоростей и поглощения квазипродольных и квазипоперечных волн. Также выяснено, что не все интервалы направлений распространения волн, как квазипродольной, так и двух квазипоперечных, могут быть полезны для нахождения параметров трещиноватости. Указано, в каких случаях какие интервалы надо использовать. Отсюда следует, что далеко не всегда можно ограничиться данными вертикального сейсмического профилирования и/или метода отраженных волн. Предлагается проводить и межскважинное просвечивание, чтобы получить записи волн для направлений по оси симметрии среды (нормали к вертикальным плоскостям трещин) и в ее окрестности.

В работе сделан важный для практики вывод, что для правильной оценки параметров вертикальной системы трещин по экспериментальным данным надо использовать модель орторомбической системы симметрии, в которой учитывается тонкая слоистость вмещающей среды. Использование модели трансверсально-изотропной среды, в которой вмещающая среда считается изотропной, может сильно исказить искомые значения параметров трещиноватости.

Дальнейшие исследования должны быть направлены на корректировку используемой модели среды, называемой эффективной. В этой модели неоднородная среда - с горизонтальной тонкой слоистостью и вертикальной трещиноватостью — заменяется однородной, но анизотропной средой для волн, длина которых намного превышает мощности тонких слоев и расстояния между трещинами. Применение такой модели к данным многоволнового вертикального сейсмического профилирования показало, что оценка параметров трещиноватости в рамках данной модели не всегда будет правильной. В работе показано, что перспективы совершенствования моделей сред с ориентированными трещинами могут быть связаны с учетом трещинных псевдорелеевских поверхностных волн, а также с эффектами, вызванными неодинаковой жесткостью, а также геометрией отдельных трещин. Построение эффективной модели, включающей эти явления, -дело будущего.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дугаров Г.А. Фазовые скорости и поглощение сейсмических волн в средах с одной системой параллельных трещин [Электронный ресурс] / Г.А. Дугаров // Электронный сборник тезисов 5-й Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле. - Новосибирск, 2010. - Режим доступа свободный: http://sibconf.igm.nsc.ru/sbornik_2010/ 08_geophysics/919.pdf.

2. Дугаров Г.А. Анализ анизотропии скоростей и поглощения сейсмических волн в средах с одной системой параллельных трещин / Г. А Дугаров // Сборник материалов VII Международного научного конгресса «Гео-Сибирь—2011». 19-29 апреля 2011 г. - Т. 2. - Ч. 1. - Новосибирск: СГГА, 2011.-С. 68-72.

3. Дугаров Г.А. Прямая и обратная задачи по анизотропии скоростей и поглощения сейсмических волн в трещиноватой среде / Г.А. Дугаров // Гольдинские чтения: Материалы конференции, посвященной 75-летию со дня рождения академика РАН C.B. Гольдина. - Новосибирск, 2011. - С. 40-41.

4. Obolentseva I. Estimation of complex-valued weaknesses from velocity-attenuation anisotropy data in linear-slip TI model of fractured media [Электронный ресурс] / I. Obolentseva, G. Dugarov, T. Chichinina // SEG Technical Program Expanded Abstracts. - 2011. - V. 30. - PP. 4393-4398. - Режим доступа свободный для членов SEG: http://library.seg.Org/doi/pdf/10.1190/l.3658767.

5. Дугаров Г.А. Оценка параметров трещиноватых коллекторов по анизотропии скоростей и поглощения сейсмических волн в средах LSTI / Г.А. Дугаров // Трофимуковские чтения молодых ученых - 2011: Труды всероссийской молодежной научной конференции с участием иностранных ученых, посвященной 100-летию академика A.A. Трофимука. - Новосибирск: РИЦ НГУ, 2011. - С. 367-370.

6. Дугаров Г.А. Анализ анизотропии скоростей и поглощения сейсмических волн в среде с одной системой параллельных трещин / Г.А. Дугаров, И.Р. Оболенцева, Т.И. Чичинина // Технологии сейсморазведки. -2011. -№ 3. - С. 29-41. (рекомендовано Перечнем ВАК)

7. Дугаров Г.А. Оценка параметров трещиноватой среды по данным об анизотропии скоростей и поглощения сейсмических волн / Г.А. Дугаров, И.Р. Оболенцева, Т.И. Чичинина // Технологии сейсморазведки. - 2011. - № 3. -С. 49-59. (рекомендовано Перечнем ВАК)

8. Дугаров Г.А. Прямая и обратная задачи о распространении волн в эффективной модели изотропной среды с системой параллельных трещин / Г.А. Дугаров // Теория и численные методы решения обратных и некорректных задач: Тезисы IV Международной молодежной научной школы-конференции (Новосибирск, Академгородок, 5-15 августа 2012). - Новосибирск, 2012. - С. 55.

9. Dugarov G.A. Seismic wave velocity and attenuation anisotropy analysis for media with one system of parallel fractures [Электронный ресурс] / G.A. Dugarov // Days on diffraction 2012, International conference, Abstracts. May 28 - June 1, 2012.

10. - Saint-Petersburg, 2012. - PP. 34—35. - Режим доступа свободный: http://www.pdmi.ras.ru/~dd/download/bookl2.pdf.

11. Царапкин Е.М. Определение сейсмической добротности продуктивного интервала по данным ВСП скважины Пеляткинская-830 модифицированным методом спектральных отношений / Е.М. Царапкин, Г.А. Дугаров, В.В. Карстен, С.Б. Горшкалев // IX Международный научный конгресс «Интерэкспо ГЕО— Сибирь—2013». Международная научная конференция «Недропользование. Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Геоэкология». Сборник материалов. -Т. 2. - Новосибирск: СГГА, 2013. - С. 29-34.

12. Chichinina Т. Fracture-induced Q-anisotropy: Inversion for fracture parameters [Электронный ресурс] / Т. Chichinina, G. Dugarov, I. Obolentseva // SEG Technical Program Expanded Abstracts. - 2013. - V. 32. - PP. 335-340. -Режим доступа свободный для членов SEG: http://library.seg.org/doi/pdf/10.1190/ segam2013-0590.1.

_Технический редактор Т.С. Курганова_

Подписано в печать 12.11.2013 Формат 60x84/16. Бумага офсет №1. Гарнитура Тайме

_Печ.л. 0,9. Тираж 100. Зак. № 98_

ИНГГ СО РАН, ОИТ 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Дугаров, Гэсэр Александрович, Новосибирск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ НЕФТЕГАЗОВОЙ ГЕОЛОГИИ И ГЕОФИЗИКИ

ИМ. A.A. ТРОФИМУКА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СРЕД С ОРИЕНТИРОВАННЫМИ ТРЕЩИНАМИ В МОДЕЛИ ЛИНЕЙНОГО ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЯ ПО ДАННЫМ ОБ АНИЗОТРОПИИ СКОРОСТЕЙ И ПОГЛОЩЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН

04201453694

ДУГАРОВ ГЭСЭР АЛЕКСАНДРОВИЧ

25.00.10 — Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: д.г.-м.н. Оболенцева Ирина Романовна

Новосибирск 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................. 4

ГЛАВА 1. СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕДАХ С ОРИЕНТИРОВАННОЙ ТРЕЩИНОВАТОСТЬЮ: КРАТКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ; ОСНОВЫ ТЕОРИИ ... 9

1.1 Эффективные — анизотропные — модели сред с ориентированной трещиноватостью........................ 9

1.2 Описание поглощающей анизотропной среды на основе понятия комплексной «скорости».......................15

1.3 Основные положения теории распространения сейсмических волн в анизотропной поглощающей среде, описываемой моделью линейного проскальзывания......................18

ГЛАВА 2. АНИЗОТРОПИЯ СКОРОСТЕЙ И ПОГЛОЩЕНИЯ В ТРАНСВЕРСАЛЬНО-ИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ.........28

2.1 Анализ зависимостей анизотропии скоростей и поглощения от параметров, характеризующих трещины и изотропную породу . 28

2.1.1 Результаты численного моделирования ..........29

2.1.2 Анализ анизотропии скоростей...............35

2.1.3 Анализ анизотропии поглощения..............37

2.1.4 Влияние параметра 7 на анизотропию скоростей и поглощения волн дР, дБУ...................41

2.1.5 Выводы............................43

2.2 Оценка параметров трещиноватости по данным об анизотропии скоростей и поглощения волн дР, дБУ и БН (обратная задача) 44

2.2.1 Постановка задачи......................44

2.2.2 Вид целевой функции в зависимости от параметров трещиноватости .........................46

2.2.3 Алгоритмы оптимизации ..................50

2.2.4 Численное исследование решения..............52

2.3 Оценка параметров трещиноватости в случае азимутальной анизотропии ................................60

ГЛАВА 3. АНИЗОТРОПИЯ СКОРОСТЕЙ И ПОГЛОЩЕНИЯ В ОРТОРОМБИЧЕСКОЙ СРЕДЕ..................68

3.1 Модели lfr, lfr + VTI, 2fr....................68

3.1.1 Выбор параметров моделей.................68

3.1.2 Фазовые скорости и поглощение..............73

3.2 Неоднозначность волновых поверхностей квазипоперечных волн 78

3.2.1 Формулы для нахождения акустических осей.......79

3.2.2 Акустические оси в средах 1 fr, 1 fr + VTI, 2fr.....81

3.2.3 Явление внутренней конической рефракции........85

3.2.4 Нарушение условия регулярности волновых поверхностей квазипоперечных волн.................89

3.2.5 Волновые поверхности в плоскостях симметрии среды . . 91

3.3 Оценка параметров трещиноватости по данным об анизотропии скоростей и поглощения волн qP, qS\ и qS2 (обратная задача) . 95

3.3.1 Решение обратной задачи для сред lfr и 1 fr+VTI (VTI

с одинаковыми тонкими слоями)..............95

3.3.2 Решение обратной задачи для сред 1 fr и 2fr.......101

3.3.3 Решение обратной задачи для сред lfr + VTI (VTI с разными тонкими слоями)..................103

ГЛАВА 4. ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЙ ОСЛАБ-ЛЕННОСТЕЙ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ . . 111

4.1 Характеристика экспериментальных данных...........111

4.2 Определение параметров вмещающей среды ...........113

4.3 Определение параметров системы вертикальных трещин . . . .118

4.3.1 Определение действительных частей ослабленностей по данным анизотропии скоростей...............118

4.3.2 Определение мнимых частей ослабленностей по данным анизотропии поглощения ..................128

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..............................135

ЛИТЕРАТУРА

138

ВВЕДЕНИЕ

Объект исследования — анизотропия скоростей и поглощения в средах с ориентированной трещиноватостью, описываемых моделью линейного проскальзывания.

Предмет исследования — функциональные зависимости между эффективными параметрами трещиноватости — комплексными ослабленностя-ми, нормальной и касательной, — и характеристиками анизотропии скоростей и поглощения сейсмических волн в средах трансверсально-изотропной и орторомбической симметрии; алгоритмы решения обратной задачи по определению эффективных параметров трещиноватости.

Актуальность темы и направленность исследования.

В середине 1980-х годов в мировом сообществе геофизиков произошел коренной переворот во взглядах на роль анизотропии упругих свойств горных пород в формировании сейсмических волновых полей, регистрируемых при наблюдениях ЗЭ-ЗС. Выяснилось, что важнейшим фактором, влияющим на наблюдаемые волновые поля, является азимутальная анизотропия. Она возникает вследствие наличия в среде трещин, которые выравниваются в ориентированные системы благодаря действию неравномерно распределенных в земной коре горизонтальных напряжений. Ось симметрии системы вертикальных трещин оказывается ориентированной по нормали к плоскостям трещин, т.е. по горизонтальному направлению определенного азимута, отчего обнаруженная анизотропия была названа азимутальной. Первое время для нахождения вертикальных трещин и определения их параметров использовали свойства анизотропии скоростей. Последние пять — десять лет внимание геофизиков привлечено к анизотропии поглощения, которая, как это следовало из теории, должна быть на порядок сильнее анизотропии скоростей. Лабораторные эксперименты и полевые наблюдения, пока выполненные в небольших объемах, подтвердили этот факт. Настоящая работа, посвященная использованию обоих атрибутов: анизотропии скоростей и анизотропии поглощения — для выявления трещиноватых коллекторов и нахождения их характеристик, открывает новые возможности решения одной из актуальных задач нефтяной разведочной геофизики.

Цель работы — повышение достоверности оценки эффективных параметров трещиноватых пород-коллекторов путем использования данных по анизотропии скоростей и поглощения квазипродольной и двух квазипоперечных волн в модели линейного проскальзывания.

Задача исследований — разработать алгоритмы определения эффективных параметров трещиноватости на основе анализа анизотропии скоростей и поглощения квазипродольных и квазипоперечных волн в средах с ориентированными трещинами, описываемых моделью линейного проскальзывания.

Основные этапы исследования.

1. Обоснование выбора модели линейного проскальзывания для математического описания анизотропии поглощения совместно с анизотропией скоростей в средах с ориентированными трещинами.

2. Анализ зависимости анизотропии скоростей и поглощения в трансвер-сально-изотропной и орторомбической средах от эффективных параметров трещиноватости и вмещающей среды.

3. Решение обратной задачи и его программная реализация для сред транс-версально-изотропной и орторомбической симметрии, состоящее в определении эффективных параметров трещиноватости по анизотропии скоростей и поглощения волн трех типов; программная реализация решения.

4. Применение разработанных алгоритмов определения эффективных параметров трещиноватости к данным многоволнового вертикального сейсмического профилирования (ВСП) на Пеляткинской площади в Западной Сибири.

Защищаемые научные результаты.

1. Алгоритмы решения обратной задачи по оценке комплексных ослаблен-ностей — эффективных параметров трещиноватости в модели линейного проскальзывания, — которые реализованы программно с использованием системы компьютерной математики Wolfram Mathematica 8.

2. Рекомендации:

• использовать модель линейного проскальзывания с комплексной матрицей констант упругости-поглощения как наиболее универсальную эффективную модель для математического описания анизотропии скоростей и поглощения в трещиноватых средах на макроуровне, ввиду возможности перехода к той или иной физической модели с конкретными характеристиками трещиноватости, такими как, например, плотность трещин, тип флюида.

• использовать модель орторомбической системы симметрии, в которой учитывается тонкая слоистость вмещающей среды, для проведения более достоверной оценки эффективных параметров системы вертикальных трещин по экспериментальным данным по сравнению с использованием модели трансверсально-изотропной среды, в которой вмещающая среда считается изотропной.

Новизна результатов и личный вклад.

1. Разработаны оптимизационные алгоритмы решения обратной задачи по оценке комплексных ослабленностей в средах трансверсально-изот-ропной и орторомбической симметрии на основе совместного анализа зависимостей скоростей и поглощения квазипродольной и двух квазипоперечных волн от эффективных параметров модели линейного проскальзывания.

2. Путем численного моделирования установлено, что нахождение эффективных параметров системы вертикальных трещин в трансверсально-изотропной модели среды может привести к ошибкам в определении ослабленностей по реальным данным, поэтому надо использовать модель орторомбической симметрии — эффективную модель среды с вертикальными трещинами в тонкослоистой среде.

Достоверность полученных результатов подтверждена процедурами верификации разработанного комплекса алгоритмов и программ на синтетических входных данных, рассчитанных как путем точного решения

прямой задачи, так и по приближенным формулам. Кроме того проверена устойчивость решения по отношению к случайным помехам того же порядка, что и в данных полевых наблюдений методами ВСП и отраженных волн.

Фактический материал и методы исследования.

Исследование распространения сейсмических волн в средах с ориентированными системами трещин выполнено путем анализа решения прямой задачи, т.е. собственных значений тензора Кристоффеля для комплексной матрицы констант упругости-поглощения, соответствующей модели линейного проскальзывания, описывающей трещины. Решение обратной задачи получено оптимизационными методами (методами Левенберга-Марквардта и внутренней точки) на основе исследования целевой функции для различных вариантов ее задания. Программная реализация решения обратной задачи, включающая выбор подходящих алгоритмов минимизации целевой функции, выполнена с использованием системы компьютерной математики Wolfram Mathematica 8. Работоспособность построенных алгоритмов и программ проверена путем применения их к полевым данным многоволнового ВСП на Пе-ляткинской площади в Западной Сибири.

Значимость работы.

Ориентированность трещин в осадочных породах создает новые возможности их обнаружения, поскольку возникающая анизотропия скоростей и поглощения непосредственно связана с направлением трещиноватости пород и ее характеристиками. Определение направления трещиноватости необходимо как для поиска пород-коллекторов, так и для правильного планирования эксплуатации месторождения, а знание параметров трещиноватости позволяет проводить более корректный подсчет запасов углеводородов. Выполненное исследование и созданные на его основе алгоритмы и программы вносят вклад в развитие программно-алгоритмических средств решения задач поиска трещиноватых коллекторов и определения эффективных параметров трещиноватости. Важен вывод о необходимости применения модели орторомби-ческой симметрии вместо широко используемой трансверсально-изотропной модели. Указано новое направление будущей работы по совершенствованию теоретической модели среды с ориентированной трещиноватостью на основе учета трещинных поверхностных волн и связанных с ними эффектов.

Апробация работы.

Результаты работы обсуждались на семинарах ИНГГ СО РАН и докладывались на 9 конференциях: 5-я Сибирская международная конференция молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2010); 81st, 83rd SEG International Exposition and Annual Meeting (San Antonio, 2011; Houston, 2013); VII, IX Международный научный конгресс «Интерэкспо ГЕО Сибирь» (Новосибирск, 2011 и 2013); Конференция, посвященная 75-летию со дня рождения академика РАН C.B. Гольдина, «Гольдинские чтения» (Новосибирск, 2011); Всероссийская молодежная научная конференция с участием иностранных ученых, посвященная 100-летию академика А.А.Трофимука, «Трофимуковские чтения молодых ученых» (Новосибирск, 2011); IV Международная молодежная научная школа-конференция «Теория и численные методы решения обратных и некорректных задач» (Новосибирск, 2012); Ежегодная международная конференция «Дни дифракции» (Санкт-Петербург, 2012).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 2 в ведущем периодическом издании из списка ВАК («Технологии сейсморазведки»), 9 в сборниках тезисов и материалах конференций.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (82 наименования). Работа изложена на 146 страницах, включая 63 рисунка и 8 таблиц.

Благодарности.

Автор выражает благодарность за всестороннюю поддержку научному руководителю д.г.-м.н. И.Р. Оболенцевой, а также за ценные советы и замечания к.т.н. С.Б. Горшкалеву, В.В. Карстену, д.т.н. Ю.И. Колесникову, д.ф.-м.н. В.А. Чеверде, д.ф.-м.н. Б.П. Сибирякову, д.г.-м.н. В.Д. Суворову и всем участникам обсуждения работы.

ГЛАВА 1. СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕДАХ С ОРИЕНТИРОВАННОЙ ТРЕЩИНОВАТОСТЬЮ: КРАТКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ; ОСНОВЫ ТЕОРИИ

1.1 Эффективные — анизотропные — модели сред с ориентированной трещиноватостью

На протяжении последних 5-10 лет наблюдается повышенный интерес специалистов в области сейсмической разведки к использованию при поисках трещиноватых коллекторов нового атрибута — анизотропии поглощения. Анизотропия поглощения, равно как и анизотропия скоростей продольных и поперечных волн, возникает вследствие того, что трещиноватость в горных породах, как правило, является ориентированной в связи с неравномерным распределением напряжений в земной коре — как тектонических, так и возникающих при гидроразрыве пласта и других воздействиях на геологическую среду. Наличие трещин приводит к уменьшению скоростей распространения волн и увеличению поглощения их энергии, причем второй эффект намного сильнее первого. Анизотропия поглощения также намного сильнее анизотропии скоростей. Необходимое условие обнаружения анизотропии в сейсмических данных состоит в том, что используемые длины волн должны намного превышать расстояния между плоскостями трещин.

В настоящее время при нахождении параметров систем ориентированных трещин по данным об анизотропии скоростей отраженных волн используют три анизотропных аппроксимации сред с ориентированной трещиноватостью [ВакиНп et а1., 2000а-2000с]. Одна система параллельных трещин в изотропной среде описывается эффективной моделью трансверсально-изотроп-ной среды [ВакиНп е! а1., 2000а]. Две взаимно ортогональных системы параллельных трещин в изотропной среде или одна система параллельных трещин в трансверсально-изотропной среде, анизотропной вследствие горизонтальной тонкой слоистости, имеют длинноволновый эквивалент — модель среды

орторомбической системы симметрии [Bakulin et al., 2000Ь]. В российской литературе эту систему симметрии называют ромбической, см., например, [Федоров, 1965; Сиротин, Шаскольская, 1979]. В данной работе используется термин -сорторомбическая» как более распространенный. Третья модель моноклинной системы симметрии аппроксимирует две системы параллельных взаимно не ортогональных трещин в изотропной среде или одну систему трещин с волнистыми поверхностями, также в изотропной среде [Bakulin et al., 2000с]. Наиболее простой и в то же время принципиально важной является модель трансверсально-изотропной среды. Эта модель позволяет наиболее наглядно выявить эффекты, связанные с наличием ориентированных трещин. Эти эффекты еще недостаточно хорошо изучены, и это затрудняет их использование на практике. Модель орторомбической системы симметрии, описывающая вертикальные трещины в среде с горизонтальными тонкими слоями, наиболее соответствует реальным средам, как будет показано в главе 3 диссертации.

Эффективные — анизотропные — модели трещиноватых сред построены рядом авторов на основе решения задачи о распространении упругих волн в среде, состоящей из одинаковых параллельных тонких слоев с нежесткими контактами на границах между слоями: напряжения непрерывны, а смещения терпят разрыв. Когда число слоев стремится к бесконечности, все отраженные волны исчезают и остаются только три проходящих волны — квазипродольная и две квазипоперечных, т.е. среда становится эквивалентной для длинных волн трансверсально-изотропной среде, характеризуемой четырьмя независимыми константами и имеющей ось симметрии бесконечного порядка, нормальную плоскостям слоев. Такая модель в геофизической литературе впервые предложена К.Д. Клем-Мусатовым и описана им с соавторами в статьях [Клем-Мусатов и др., 1973; Айзенберг и др., 1974]. В последующие годы аналогичные модели были представлены в публикациях [Schoenberg, 1980, 1983; Kitsunezaki, 1983; Pyrak-Nolte et al., 1990a, 1990b; Gu et al., 1996; Molotkov, Bakulin, 1997; Бакулин,