Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности вибросейсморазведки при нефтегазопоисковых работах за счет учета искажений опорного сигнала в средах с неупругим поглощением

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности вибросейсморазведки при нефтегазопоисковых работах за счет учета искажений опорного сигнала в средах с неупругим поглощением"

На правах рукописи

Масляницкий Владимир Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОСЕЙСМОРАЗВЕДКИ

ПРИ НЕФТЕГАЗОПОИСКОВЫХ РАБОТАХ ЗА СЧЕТ УЧЕТА ИСКАЖЕНИЙ ОПОРНОГО СИГНАЛА В СРЕДАХ С НЕУПРУГИМ

ПОГЛОЩЕНИЕМ

25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Саратов - 2004 г.

Работа выполнена на кафедре геофизики СГУ им. Н.Г. Чернышевского

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук

СИ. Михеев

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук В.Н.

Ведущая организация - ОАО «Самаранефтегеофизика»

Защита диссертация состоится «14» июня 2004 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.212.243.08 по геофизике, геофизическим методам поисков полезных ископаемых в Саратовском государственном университете по адресу: 410026, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, СГУ, кор. № 1, геологический факультет, ауд. 53.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Саратовского государственного университета, 410601, г. Саратов, ул. Университетская, 42.

Автореферат разослан «14» мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Вялков

доктор геолого-минералогических наук И.И. Хараз

доктор геолого-минералогических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Основным геофизическим методом поисков и подготовки локальных структур под бурение остается сейсморазведка. Ужесточение требований к экологической чистоте и безопасности проведения сейсморазведочных работ, стремление к повышению их эффективности привело к широкому внедрению невзрывных источников возбуждения упругих колебаний. Наибольшее распространение среди них приобрели вибрационные излучатели.

В сложных сейсмогеологических условиях (дизъюнктивные нарушения, соляно-купольная тектоника, тонкая слоистость и т.п.) при поисках и разведке нефтегазоносных структур вибрационная сейсморазведка встретилась с большими трудностями, обусловленными увеличением фона корреляционных шумов и сужением спектра регистрируемого сигнала для глубоких интервалов разреза. Это обстоятельство определяет необходимость дальнейшего совершенствования технико-методических приемов вибросейсморазведки.

Обсуждая пути развития вибрационной сейсморазведки следует указать, что некоторые из реально действующих факторов, в частности искажающее влияние геологической среды на управляющие сигналы, остаются в практике учтенными не в полной мере или неучтенными вообще. Например, в использующихся в настоящее время способах вычисления корреллограмм искажающее влияние геологической среды на опорный сигнал не учитывается. Значительным резервом повышения качества данных вибросейсморазведки остается оптимизация управляющих сигналов в различных сейсмогеологических условиях. Поэтому изучение искажений опорного сигнала в геологической среде и разработка способов повышения эффективности вибросейсморазведки на основе учета и компенсации таких искажений является актуальной проблемой.

Цель работы

Цель работы состоит в теоретико-экспериментальном обосновании, разработке и опробовании новых технологий вибросейсморазведки, повышающих ее эффективность при нефтегазопоисковых работах за счет учета искажений опорного сигнала в среде.

Основные задачи исследований

В соответствии споставленной целью, решалисьсдедующмдусцодные

тс а

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

¡гжзм

задачи:

1. Теоретически и экспериментально обосновать новую программно-обеспеченную технологию вибросейсморазведки, повышающую прослеживаемость отражающих горизонтов и разрешенность записи за счет учета искажений, вносимых геологической средой в опорный сигнал вследствие проявления эффекта дисперсии скорости.

2. Опробовать разработанную технологию при обработке сейсмических материалов, полученных в различных сейсмогеологических условиях. Проанализировать эффективность ее применения.

3. Повысить качество данных вибросейсморазведки за счет оптимизации управляющих сигналов в различных сейсмогеологических условиях Саратовского Поволжья.

4. Разработать методические рекомендации по использованию реализованного комплекса программ и технологии обработки материалов вибросейсморазведки в практике поисково-разведочных работ на нефть и газ.

Научная новизна

Научная новизна исследований:

• исследованы не учитываемые в практике вибросейсморазведки искажения, вносимые реальной геологической средой в фазовые спектры опорных сигналов. Выявлено значительное влияние фазовых искажений опорных сигналов на качество получаемых временных разрезов;

• теоретически и экспериментально обоснованы возможности повышения качества материалов вибросейсморазведки, основанные на учете искажений опорного сигнала в геологической среде с неупругим поглощением;

• разработаны новые способы обработки, алгоритмы и комплекс программ корреляционного преобразования виброграмм, позволяющие исключить искажения опорного сигнала в среде по наблюденным сейсмическим записям;

• определены оптимальные параметры опорного сигнала для нескольких разведочных площадей Саратовского Поволжья, обеспечивающие повышение разрешенности сейсмической записи и прослеживаемости целевых отражающих горизонтов. По результатам интерпретации временных разрезов ОГТ повышенного качества получены новые геологические данные.

Практическая значимость

Предложенная автором новая технология обработки данных

вибросейсморазведки, основанная на учете искажений в среде амплитудного и фазового спектра свип-сигнала, позволяют повысить эффективность геологоразведочных работ на нефть и газ за счет повышения разрешенности и помехоустойчивости вибросейсмического метода. Предложенная автором методика не требует сколь либо значительных затрат и может быть использована при поисках ловушек углеводородов различного типа как в Саратовской области, так и в других регионах РФ. Оптимизация параметров управляющих сигналов привела к повышению качества временных разрезов ОПТ, что позволило получить новые геологические результаты, имеющие значение с точки зрения оценки перспектив нефтегазоносности Саратовской области.

Реализация работы в производстве

Результаты обработки и геологической интерпретации сейсмических данных, полученные с применением предложенных технологий, использованы в нескольких научно-исследовательских отчетах ОАО "Саратовнефтегеофизика" и Нижне-Волжского НИИ геологии и геофизики (НВНИИГГ), НИИ Геологии Саратовского государственного университета. Оптимизированные управляющие сигналы использованы при отработке производственных профилей в ОАО "Саратовнефтегеофизика".

Методические результаты диссертации использованы также в проекте "Методические рекомендации по применению технологии вибросейсмических работ на опорных геофизических профилях", подготовленном по заказу МПР РФ в 2003 году.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс на геологическом факультете Саратовского Госуниверситета.

Личный вклад автора

Все основные результаты, обладающие научной новизной и практической значимостью, были получены лично автором или при его непосредственном участии.

Апробация работы

Результаты исследований обсуждались на всероссийских научных конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов "Геологи XXI века" (г. Саратов 2001-2004 гг.), докладывались на научно-практической региональной конференции "Геолого-экономические перспективы расширения минерально-сырьевой базы Поволжского и Южного регионов Российской

Федерации и пути их реализации в 2003-2010 гг." (г. Саратов, 2002г.), на конгрессе "Стратегическое планирование ресурсов региона" (г. Нижний Новгород, 2003 г.).

По теме диссертации опубликовано 8 работ, результаты проведенных исследований приведены в 5 отчетах по научно-исследовательским работам.

Защищаемые положения

1. Дисперсия скорости в средах с неупругим поглощением приводит к искажениям фазовых спектров опорных сигналов, снижающих качество материалов вибросейсморазведки. Учет таких искажений позволяет повысить разрешенность записи и соотношение сигнал/помеха на коррелограммах.

2. Разработан новый комплекс программ и технология корреляционной обработки виброграмм, позволяющие повысить качество получаемых материалов за счет учета и исключения искажений фазового спектра опорного сигнала, вносимых геологической средой.

3. Для северо-западной части Прикаспийской впадины обоснованы оптимальные параметры опорного сигнала, обеспечившие получение сейсмических материалов повышенного качества и новых геологических результатов, уточняющих и расширяющих перспективы нефтегазоносности изученных площадей.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения, содержит 139 страниц машинописного текста, 33 рисунок. Список литературы включает 126 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновываются актуальность цели и задач выполненных исследований, подчеркнуты элементы их новизны.

Глава 1 «Анализ современного состояния развития теоретических основ и технологий вибрационной сейсморазведки» посвящена обзору современных методов и проблем обработки и интерпретации данных вибросейсморазведки.

Традиционная вибрационная сейсморазведка основывается на протяженном во времени возбуждении колебаний, которое реализуется в виде квазигармонических переменных по частоте нагрузок, или в виде последовательности импульсов. Первое направление получило название вибрационного, а второе - кодоимпульсного генерирования волн.

Одним из первых ученых, который в конце 50-х годов обосновал возможность применения корреляционного анализа для сложных зондирующих сигналов в сейсморазведке, был российский исследователь B.C. Воюцкий.

К основным достоинствам вибросейсморазведки следует отнести хорошую повторяемость воздействий, повышение безопасности работ и значительное снижение вреда, наносимого окружающей среде, расширение методических возможностей сейсморазведки и др.

Наряду с достоинствами существуют и определенные недостатки вибрационного способа возбуждения колебаний:

- применение нагрузок к поверхности земли приводит к смещению спектров регистрируемых волн в сторону низких частот;

- из-за фильтрующего свойства ЗМС сейсмические записи содержат высокий уровень поверхностных волн;

- необходимость в дополнительном оборудовании для синхронного накопления сигналов и корреляции.

В целом преимущества вибрационной сейсморазведки превалируют над ее недостатками, что и определяет необходимость ее дальнейшее развитие и увеличение объемов применения.

В нашей стране вибрационная сейсморазведка на сложных зондирующих сигналах начала развиваться с конца 60-х годов. Соответствующие исследования проводились во ВНИИГеофизике (М.Б. Шнеерсон, В.А. Гродзенский, А.Н. Иноземцев, С. В. Колесов и др.), в ЦГЭ Миннефтепрома (А.Г. Авербух и др.), в ПГО "Центргеофизика" (Ю.П. Кострыгин и др.), в институте автоматики и электрометрии СО АН СССР (И.С. Чичинин, Г.П. Евчатов, В.И. Юшкин и др.), а также в ряде других организаций.

Относительно небольшой объем исследований был посвящен применению монохроматического сигнала (И.С. Чичинин, А.С. Кашик, В.А. Михайлов и др.).

Особое место в сейсморазведке занимает способ, основанный на возбуждении кодоимпульсных последовательностей (Г.И. Молоканов, В.В. Ивашин, Ю.П. Кострыгин и др.). По своему содержанию способ занимает промежуточное место между импульсным и вибросейсмическим методами.

Получившие в настоящее время наибольшее распространение гидравлические вибрационные источники выпускаются рядом отечественных и зарубежных фирм (Россия, США, Франция, Китай). Они отличаются

е

развиваемыми усилиями, частотными характеристиками и другими параметрами. При совершенствовании вибраторов находят свое отражение тенденции развития современной сейсморазведки. В соответствии с этими тенденциями современные вибрационные источники характеризуются:

1. расширением полосы частот генерируемых волн до 200 и более Гц;

2. возможностью возбуждать как продольные, так и поперечные волны;

3. увеличением пиковых усилий;

4. уменьшением отношения массы рабочей плиты к инерционной массе вибровозбудителя;

5. широким использованием специализированных транспортных средств.

Оригинальная отечественная аппаратурная разработка, названная «Вибролокатором», появилась в 1969 году (В.И.Юшин, Ю.В.Михаэлис, Я.Я.Тарвид и др.). Метод позволяет восстанавливать импульсные сейсмограммы изучаемых разрезов.

С целью существенного расширения геологической информативности сейсморазведки все более значительное внимание уделяется разработкам, обеспечивающим возбуждение поперечных волн (Б.Д. Ермаков, Н.И. Нарышкина. М.Б. Шнеерсон и др.).

Одной из основных задач при практическом применении вибросейсморазведки является обоснование и разработка наиболее эффективных способов повышения разрешающей способности и динамического диапазона сейсмической записи. С этой целью автором проведен сравнительный анализ основных характеристик и параметров линейно-модулированных (ЛМ) и нелинейно-модулированных (НМ) сигналов.

Корреляция в методе "Вибросейс" означает изменение степени подобия между управляющим сигналом и сейсмической трассой, относится к классу одноканальных линейных фильтров.

В последние годы были проведены исследования (М.Б. Шнеерсон, Ю.П. Кострыгин, В.Н. Вялков и др.), направленные на повышение разрешающей способности и помехоустойчивости современных модификаций метода "Вибросейс", сущность которых заключается в использовании нелинейных управляющих сигналов, применяемых в вибраторах нового поколения. Наибольший интерес представляют модификации вибросейсморазведки на квазигармонических нелинейно-амплитудно-модулированных (НАМ) и

нелинейно-частотно-модулированных (НЧМ) сигналах.

Применение нелинейных опорных сигналов остается значительным резервом повышения качества вибросейсмических материалов. В тоже время их преимущества реализуется далеко не всегда. Причина такого двойственного положения по мнению автора заключается в том, что установочные параметры при производстве работ выбираются не оптимальным образом.

Среди разработок последних лет к наиболее перспективным по мнению автора следует отнести нелинейную (НВС) и адаптивную вибрационную сейсморазведку (ABC).

Адаптивную вибрационную сейсморазведку (М.Б. Шнеерсон, А.П. Жуков и др.) можно определить как метод разведки, при котором параметры управляющих сигналов для возбуждения колебаний и корреляционного сжатия зарегистрированных волн выбираются из условий наилучшего соответствия спектральных и динамических характеристик полезных волн решаемым задачам и условиям проведения работ.

Возбуждение сейсмических колебаний вибрационными источниками сопровождается нелинейными процессами, которые возникают в самих установках при передаче нагрузок грунту и в геологической среде. Они проявляются на коррелограммах в виде специфических волн с кратными частотами. Поэтому они были отнесены к помехам. Однако, в последнее время нелинейные явления в вибрационной сейсморазведке стали объектом специального изучения (В.В. Гущин, М.Б. Шнеерсон, В.М.Гурьянов и др.)

Детальное изучение месторождений углеводородов показывает, что нефтегазонасыщенные среды могут характеризоваться значительными нелинейными свойствами. Поэтому при распространении нескольких колебаний в коллекторах, насыщенных нефтью или газом, возможно образование колебаний с комбинационными частотами. Наличие их или изменение их уровня может служить критерием присутствия углеводородов (М.Б. Шнеерсон, Ю.П. Кострыгин, В.А. Михайлов и др.).

В целом обобщение опубликованных материалов приводит к заключению, что на настоящий момент потенциальные возможности вибрационного метода сейсморазведки реализованы далеко не в полной мере. Так, качество данных вибросейсморазведки зачастую снижается из-за недостаточного внимания к этапу оптимизации управляющих сигналов. Некоторые из факторов, в частности

искажающее влияние эффекта дисперсии скорости на управляющие сигналы, остаются в практике неучтенными и могут служить основой дальнейшего повышения эффективности вибросейсморазведки. Вышесказанное и определило выбор направлений исследований.

Глава 2 «Теоретике- экспериментальное обоснование и результаты применения новой технологии вибросейсморазведки, основанной на учете искажений опорного сигнала в средах с неупругим поглощением»

открывается подразделом, посвященном обоснованию новой технологии вибросейсморазведки, нацеленной на повышение детальности, глубинности и достоверности результатов вибросейсморазведки. В ее основу положен учет искажений опорных сигналов в средах с частотно-зависимым затуханием энергии упругих волн. Предложенная автором технология отличается от известных тем, что помимо искажений в среде амплитуд гармоник в ней учитывается также изменение их фаз. При этом искажения в среде фазовых спектров опорных сигналов объясняются проявлением эффекта дисперсии скоростей. Данный эффект детально рассмотрен для импульсных сигналов [А. Г. Авербух, М.Л. Антокольский, В. Л. Гинзбург и др]. Применительно же к проблемам вибрационной сейсморазведки проявление эффекта дисперсии скорости не рассматривалось.

В конце 60-х годов А. Г. Авербух установил зависимость спектральной характеристики среды от декремента поглощения энергии упругих

колебаний и пути пробега волн:

И1,Л = е L ' Ч

где / - частота; 8 - декремент поглощения; у(/0) - средняя групповая скорость распространения фронта плоской волны для преобладающей частоты - путь пробега волны.

Анализ формулы показывает, что скорость распространения сейсмических колебаний в среде зависит от их частоты. При характерных для консолидированных пород значениях декрементов поглощения 0,02-0,05 изменения скорости, как правило, не превышает 1%. Однако в вибрационной сейсморазведке используются источники поверхностного типа, вследствие чего сейсмические отраженные волны, дважды распространяются в рыхлых породах верхней части разреза, где декремент поглощения составляет 0,1 и выше.

Поэтому в этой части разреза изменения скорости должны быть более значительными.

Из приведенных в диссертации материалов следует, что дисперсия скорости приводит к изменению видимого периода и относительного положения экстремумов сейсмических импульсов.

Как уже отмечалось, проявление эффекта дисперсии скорости рассматривалось ранее применительно к импульсным сигналам. В диссертации же впервые рассматривается проявление этого эффекта для данных вибросейсморазведки. В случае применения вибрационных источников отрицательные последствия искажения фазовых характеристик опорных сигналов после прохождения среды с частотно-зависимым затуханием могут быть более значительными по сравнению со случаем применения импульсных источников.

При возбуждении упругих колебаний импульсными источниками отсутствие учета дисперсии скорости может привести к погрешностям в корреляции отражений из-за смещений во времени экстремумов импульсов. Отсутствие же учета дисперсии в вибросейсморазведке нарушает условия оптимального выделения сигналов в импульсной форме, так как в интерференционном поле волн (виброграмме) ищется тот сигнал, который был излучен источником. Однако, при изучении реальных сред отмеченное условие не выдерживается. Искажения, вносимые средой существенно влияют на форму опорного сигнала и выражаются в смещение фазовой и сужении амплитудно-частотной характеристик.

Для изучения особенностей таких искажений было выполнено математическое моделирования материалов вибросейсморазведки. Моделировался двухслойный разрез с горизонтально залегающей границей раздела. Глубина границы раздела изменялась от 1 км до 5 км, декремент поглощения - от 0,01-0,05. Приведенные результаты моделирования иллюстрируют значительные искажения сейсмического сигнала на коррелограммах при отсутствии учета дисперсии скорости. Они приводят к значительному снижению соотношения сигнал/корреляционный шум, особенно, для глубокозалегающих границ. В случае учета эффекта дисперсии скоростей наблюдается увеличение относительной интенсивности импульсных сейсмических сигналов по отношению к корреляционному шуму в два и более раза.

В целом, полученные теоретическим путем результаты подтверждают отрицательное влияние эффекта дисперсии скорости в поглощающих средах на данные вибросейсморазведки. Соответственно, учет и исключение результатов проявления данного эффекта является средством повышения точности и достоверности метода.

Так как теоретическими исследованиями невозможно учесть все особенности строения реальных сред, а также происходящих в них процессов, полученные результаты были подкреплены экспериментальными данными. В диссертационной работе приведены материалы полевых экспериментов, подтвердивших возможность достижения лучших результатов корреляционного преобразования виброграмм за счет учета искажений, вносимых геологической средой в опорный сигнал. На демонстрируемых в диссертации монтажах коррелограмм, полученных в результате отработки одиночных зондирований в пределах южного склона Степновского вала, уже на визуальном уровне отчетливо фиксируется повышение прослеживаемости горизонтов и разрешенности сейсмозаписи на коррелограммах при учете связанных с дисперсией скорости фазовых искажений. Аналогичные результаты получены также при обработке опытно-методических профилей, зарегистрированных на территориях Саратовской и Астраханской областей.

Приведенные теоретические и экспериментальные материалы явились основой в разработке нового комплекса программ и технологии обработки материалов вибросейсморазведки. Учет в этой технологии фазовых искажений в среде опорных сигналов, базируется на введение в граф обработки двух новых процедур:

1. внесение в используемый опорный сигнал искажений, отражающих его изменение в реальной среде, и его корреляция с наблюденным сигналом;

2. определение оптимальных параметров искажений, вносимых в опорный сигнал, путем перебора значений декремента поглощения. При этом перебираемые значения этой характеристики используются при вычислении комплексной частотной характеристики среды, которая в свою очередь применяется при фильтрации исходного свип-сигнала. Критерием правильного выбора параметров фильтра, и, соответственно декремента поглощения, являются максимальные значения интенсивности импульсов отраженных волн на коррелограммах.

Декреме1гг поглощения на заданной глубине исследований может быть получен по анализу скважинных данных. В случае отсутствия таких данных о значениях декремента поглощения, они находятся по результатам дополнительной обработки материалов сейсморазведки путем итерационного анализа опытных коррелограмм по критерию максимума некоторой функции (в нашем случае функции отношения интенсивностей отраженной волны до и после обработки по разработанной методике). В какой то мере можно говорить о схожести предложенной процедуры «перебора характеристики поглощающих свойств реальной среды» с общепринятой процедурой перебора скоростей. В диссертации данная процедура иллюстрируется монтажами коррелограмм, полученными по результатам опытно-методических работ. На монтажах показано изменение интенсивностей отраженных волн от целевых горизонтов при различных значениях декремента поглощения.

Для реализации разработанной технологии предложены соответствующий алгоритм и программа.

Алгоритм предусматривает:

1. расчет характеристик фильтра, описывающего искажающее действие среды на сейсмические сигналы вследствие частотно-зависимого поглощения энергии упругих волн;

2. фильтрация излучаемого опорного сигнала сформированной характеристикой среды;

3. корреляционное сжатие виброграмм с применением в качестве эталонного сигнала управляющего сигнала, в котором учтены искажения, связанные с частотно-зависимым поглощением энергии.

С практической точки зрения важно отметить, что разработанная технология (блок-схема приведена ниже) может быть без труда "вписана" в другие современные технологии сейсморазведочных работ. Единственное обязательное условие ее реализации заключается в необходимости представления в стационарный вычислительный центр виброграмм.

Вследствие своих особенностей, разработанная программа названа универсальной. С ее помощью помимо специальной, дополнительно можно реализовывать стандартную и весовую корреляцию, осуществить выравнивание амплитуд гармонических составляющих сигнала, корреляционное преобразование виброграмм с учетом волн-гармоник. Универсальность программы позволяет обеспечить максимальное извлечение информации из

полевого материала при вполне приемлемых затратах времени. Так, обработка одной 120-ти канальной виброграммы с длиной записи 13 с занимает на ПК Пентиум 4 с тактовой частотой ЮШ около 10 с.

Эффективность предложенной технологии иллюстрируется в диссертации полученными с ее помощью материалами. Опробование было выполнено на двух сейсмических профилях общей протяженностью 70 пог. км. Один из профилей отработан на территории Саратовской области, другой - на территории Астраханской. Качество получаемого сейсмического материала оценивалось визуально, а также с помощью количественных оценок: отношения сигнал/помеха, параметра разрешенности, а также характеристик частотного спектра. Для сопоставления привлекались данные, полученные после "стандартного" корреляционного преобразования.

Рис. 1. Блок-схема технологии вибросейсморазведки, учитывающей искажения опорных сигналов в средах с неупругим поглощением.

Описанию полученных результатов в главе предшествует геолого-геофизическая характеристика районов работ.

Профиль в пределах Саратовской области пересекает Терновскую структуру. В тектоническом отношении территория располагается на южном склоне Степновского сложного вала, входящего в состав Рязано-Саратовского прогиба. В строении осадочного чехла принимают участие отложения девонской, каменноугольной, пермской, триасовой, юрской, меловой, неогеновой и четвертичной систем. Степновский сложный вал расчленен дизъюнктивными нарушениями предтиманского и предъевлановско-ливенского возраста на отдельные блоки. Месторождения нефти и газа на Степновском валу открыты как в девонских, так и каменноугольных отложениях и связаны с различными типами ловушек. В результате разведочного бурения на исследуемой площади открыто многопластовое Терновское месторождение, которое является структурой облекания останца рифейского возраста. Небольшой размер нефтегазоперспективных объектов, обилие в разрезе разрывных нарушений и пр. предъопределяют повышенные требования к разрешающей способности и качеству данных сейсморазведки.

В диссертации приводится монтаж временных разрезов ОГТ опытно-методического профиля при стандартной корреляции и при корреляции с предварительной корректировкой формы опорного сигнала. Уже на уровне визуального сопоставления временных разрезов можно с уверенностью констатировать лучшее качество сейсмического материала после применения разработанной технологии корреляционного преобразования. Это проявляется в лучшей прослеживаемости сейсмических горизонтов, меньшем уровне случайных помех, лучшей динамической выраженностью отражений. Сделанный вывод подтверждается количественными оценками качества. Так, соотношение сигнал/помеха выросло в среднем по всем горизонтам на 36%, параметр разрешенности - на 21%. Преобладающая частота в спектре выросла с 31 Гц, до 38 Гц.

Близкий результат получен при сопоставлении временных разрезов ОГТ фрагмента регионального профиля, отработанного в пределах Астраханской области. Профиль пересекает Астраханскую область с севера на юго-запад, имеет

протяженность около 60 пог. км. В тектоническом отношении исследуемая территория приурочена к зоне сочленения южного борта Прикаспийской впадины и Скифской плиты (кряжа Карпинского), располагается на границе юго-западного склона Астраханского свода и Каракульско-Смушковской зоны поднятий. В результате ранее проведенных НВНИИГТ региональных работ установлено сложное неоднородное строение консолидированного фундамента, залегающего на глубинах около 20 км, и поверхности Мохоровичича (на глубине около 40 км), установлено блоковое строение фундамента.

В пределах Астраханского свода ловушки УВ относятся к типу литологически замкнутых. Ловушки УВ связаны с линзами значительной толщины проницаемых известняков, замещающихся со всех сторон плотными, слабопроницаемыми известняками.

Сопоставление полученных в Асраханской области коррелограмм и временных разрезов ОГТ свидетельствует о предпочтительности корреляционного преобразования с предварительной корректировкой опорного сигнала по предложенной технологии. Так, можно констатировать значительное улучшение прослеживаемости всех опорных отражающих горизонтов. Например, соотношение сигнал/помеха в среднем по подсолевым горизонтам выросло на 28%, параметр разрешенности - на 20%. Особенно значительный выигрыш достигнут для сейсмического горизонта, отождествляемого с поверхностью кристаллического фундамента Фазовая прослеживаемость этого горизонта увеличилась по сравнению со стандартным корреляционным преобразованием с 36% до 69%.

Интерпретации временных разрезов, полученных с применением разработанной технологии, позволила уточнить плановое положение выделенных на ней ранее элементов геологического разреза (разрывных нарушений, рифовой постройки и др.).

Таким образом, разработанная методика вибросейсморазведки во всех проанализированных случаях обеспечила значительное повышение качества сейсмического материала

В главе 3 «Методика и результаты оптимизации управляющих сигналов»

рассматриваются элементы теории количественного анализа качества материалов вибросейсморазведки применительно к проблеме оптимизации использующихся в ней управляющих сигналов, принятая методика выбора оптимальных свип-

сигналов, а также результаты их оптимизации для конкретных разведочных площадей.

К основным параметрам свип-сигнала относятся: длительность излучения; ширина диапазона частот; параметры накапливания; начальный уровень возбуждения колебаний вибратора, время выхода на максимум энергии; показатель степени (для степенных сигналов). Обсуждаются наиболее употребительные количественные оценки качества сейсмических данных: соотношение сигнал-помеха (s/n), разрешенность сейсмозаписей (PRN), средней частотой спектра сигнала

Отмечается невозможность разработки универсальной системы наблюдений и универсального графа обработки, которые были бы одинаково эффективны для любых сейсмогеологических условий и любых решаемых геологических задач. Сказанное относится и к вибросейсморазведке, где дополнительно возникает проблема выбора оптимального опорного сигнала.

Вопросы выбора оптимальных управляющих сигналов для территории Саратовской области основывалось на проведении полевых опытно-методических работ и анализе их результатов. При этом для исключения субъективности суждений помимо визуального анализа волновых картин использовались количественные оценки качества материалов.

В сейсморазведке одним из наиболее важных показателей является разрешающая способность. В приведенном примере определение предельной разрешающей способности целевых отражений выполнялись на основе одномерного моделирования импульса Клаудера. В качестве критерия оптимальности параметров управляющих сигналов был выбран комплексный параметр характеристической разрешающей способности сейсмической записи, который определялся как соотношение величин относительной разрешающей способности импульса и его относительного динамического диапазона с учетом аддитивных помех.

Второй подраздел третьей главы посвящен описанию результатов оптимизации управляющих сигналов по отдельным площадям, которые иллюстрируются коррелограммами, таблицами оценок качества материалов, графиками амплитудно-частотных спектров, временными разрезами ОГТ. Иловатский участок

В административном положении район работ находится на границе

Старополтавского района Волгоградской области и Ровенского района Саратовской области. В тектоническом отношении исследуемая территория расположена на границе Волжского прогиба и Ровенского сегмента бортовой зоны Прикаспийской Впадины. В непосредственной близости к району работ уже открыты многочисленные месторождения нефти, газа, газоконденсата, в которых продуктивны девонские, каменноугольные и пермские отложения. Это Лиманно-Грачевское многопластовое месторождение, Белокаменное нефтяное, Комсомольское и т.д. Месторождения располагаются вдоль бортовых уступов и связаны со структурными, структурно-литологическими типами ловушек, структурами облекания рифогенных объектов. Дальнейшие перспективы прироста запасов углеводородного сырья на Иловатском участке связываются с картированием структур облекания рифогенных объектов, а также дизъюнктивными нарушениями на уровне отложений терригенного девона.

Опытные работы выполнялись с использованием сейсмостанции "8К-388" и группы вибраторов СВ 27/150-362. В качестве формирующего опорного сигнала на исследуемой территории автором использовался амплитудно-модулированный свип-сигнал. Управляющий сигнал представлял из себя линейную частотно-модулированную развертку с разделенной на два интервала огибающей спектра. В пределах этих интервалов амплитуды сигнала были различны и изменялись по линейному закону. Первый интервал огибающей, изменялся прямо пропорционально увеличению частоты, и определял степень скоса начального уровня энергии сигнала, второй интервал - постоянная величина, характеризовал интенсивность высокочастотной области свипа, которую необходимо было усилить вследствие затухания высокочастотных составляющих сейсмических волн. В ходе экспериментов перебирался начальный уровень энергии сигнала в пределах от 30 до 70 %, а также время выхода на максимум мощности в интервале от 5 до 10 с.

На первом этапе были выполнены работы по определению оптимального числа статического накапливания п и длительности развертки Т, достаточных для получения высокоинформативных сейсмограмм. Известно, что по мере увеличения Тип исходя из теоретических соображений корреляционные импульсы становятся более интенсивными, соответственно при этом растет отношение сигнал/помеха. При вибросейсмической разведке на нефть и газ длительность развертки обычно выбирается в пределах 6-20 с. Поэтому такие

длительности и перебирались в ходе выполненных экспериментов. По результатам анализа качества коррелограмм как оптимальная была выбрана развертка 15 с. Увеличение длительности развертки не приводило к существенному изменению качества коррелограмм, уменьшение же вызывало заметное снижение их качества.

Анализ сейсмограмм, полученных при различном количестве накоплений, показал значительное улучшение качества сейсмограмм при увеличении числа накоплений от одного до трех. Дальнейшее увеличение числа накоплений не приводило к существенному повышению качества сейсмического материала, поэтому тройное накапливание сигнала было определено как оптимальное.

Выбор частотного диапазона развертки осуществлялся с учетом опыта работ на территории исследований. Согласно результатам предшествовавших работ оптимальная минимальная частота развертки составляет 15 Гц. Поэтому в нашем случае выбор частотного диапазона развертки был реализован путем перебора значений максимальной частоты Этот параметр использовался в пределах от 90 до 120 Гц. Полученные в результате такого перебора виброграммы оказались визуально практически идентичными, но с учетом количественных оценок качества и запланированной широкополосной обработки предпочтение было отдано

В целом, в качестве основных параметров в условиях Иловатской разведочной площади было признано целесообразным использовать следующие параметры амплитудно-модулированног свип-сигнала: кратность статического накапливания - 3; частотный диапазон вибросейсмической развертки - £шт=15 Гц, fmax=120 Гц; начальный уровень энергии сигнала 70%; время выхода на максимум мощности 8 с, длительность развертки - 15 с. Оптимизированный управляющий сигнал рекомендован для применения в пределах Иловатского участка при последующих работах. Ровенский участок

В тектоническом отношении исследуемая территория расположена на стыке Степновского сложного вала, Волжского прогиба и Ровенского сегмента бортовой зоны Прикаспийской Впадины. В непосредственной близости к району работ открыты многочисленные месторождения нефти, газа, газоконденсата, в которых продуктивны девонские, каменноугольные и пермские отложения. Это Белокаменное нефтяное, Комсомольское месторождения и т.д. Месторождения

связаны со структурными, структурно-литологическими типами ловушек, как правило, контролируемыми структурами облекания рифогенных объектов. Поэтому изучение последних и рассматривается в пределах Ровенского участка в качестве основной задачи нефтегазопоисковых работ.

Как и в предшествовавшем случае, оптимизация параметров управляющего сигнала, на данном участке основывалась на проведении и анализе данных опытно-методических работ с использованием сейсмостанции "8К-388" и группы вибраторов СВ 27/150-362.

На Ровенском участке после серии предварительных экспериментов основное внимание было уделено исследованию нелинейному частотно-модулированного сигнала (степенного частотно-модулированного свила). Были опробованы степенные развертки, определяемые выражением: *■(') =(9)

Параметр «п» перебирался в пределах от 0,3 до 3. При этом учитывалась связь показателя степени «п» и спектральным составом управляющих сигналов в соответствии с соотношением (Кострыгин Ю.П., 2002 г.):

(10)

Исходя из результатов визуального анализа и количественных оценок качества коррелограмм, наилучший результат получен при п=0,57. При этом режиме обеспечивается значительное повышение разрешенности записи при сохранении высокого отношения сигнал/помеха для целевых отражений терригенного девона. Оптимальная длительность сигнала, согласно результатам опытно-методических работ, составила 5 с, а частотный диапазон от 10 до 70 Гц. При этом параметр перебиралась в пределах 10 - 30 Гц, а 50 - 120 Гц.

Оптимизированный управляющий сигнал рекомендован для применения в пределах Ровенского участка при последующих работах с использованием вибрационных источников.

Ясеневско-Грязнушинский участок

Площадь расположена на западном склоне Степновского сложного вала в пределах Грязнушинского структурного блока и характеризуется наличием многочисленных тектонических нарушений амплитудой от 20 до 200 м на уровне девонского комплекса отложений.

К началу накопления девонских осадков на описываемой территории разновозрастные протерозойские породы имели резко расчлененный эрозионно-тектонический рельеф. В ардатовское время на участке существовали благоприятные палеоэкологические условия для рифообразования.

Месторождения нефти и газа в пределах Грязнушинского структурного блока открыты, главным образом, в девонских отложениях. Небольшие залежи УВ имеются в бобриковских коллекторах каменноугольной системы.

По подошве воробьевских отложений закартирована Грязнушинская тектонически экранированная ловушка. Южнее Грязнушинской, располагается Ясеневская структура, которая ограничена с трех сторон разрывными нарушениями.

В целях обеспечения оптимального соотношения сигнал/помеха и повышения разрешающей способностью записи были выполнены опытные работы с применением амплитудно-модулированного управляющего сигнала. В ходе работ произведено тестирование количества воздействий, длины свип-сигнала и параметров НАМ управляющего сигнала На полученных спектрах отчетливо видно возрастание энергии отраженных волн на высоких частотах при уменьшении уровня начальной энергии свип-сигнала. Однако с увеличением доли высокочастотной составляющей в спектре ухудшалось соотношение сигнал/помеха.

В целом по результатам выполненных исследований в качестве оптимальных были рекомендованы следующие параметры: частотный диапазон 15-120 Гц, уровень начальной энергии - 45% от максимального, и время выхода на максимум энергии вибратора 6 секунд, длительность возбуждения 10 секунд.

Применение оптимизированного управляющего сигнала при проведении производственных работ позволило получить дополнительные геологические данные. Уточнены, в частности, плановое положение, простирание и амплитуда ранее выявленных разрывных нарушений и структур. Выявлены ряд ранее не закартированных малоамплитудных горстов и грабенов, а также 3 новые малоамплитудные структуры различного типа. Не подтверждено наличие ловушки углеводородов для Ясеневской структуры по горизонтам сброс, экранирующий данную зону с севера, также не подтвержден. Уточнены размеры и амплитуда Ручьевской структуры. Ее размеры по новым данным составляют 0.7 км на 0.5 км, амплитуда - 30 м;

22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении подведены итоги исследований по теме диссертации, даны

рекомендации по продолжению исследований. Основные полученные результаты

сводятся к следующему:

1. Проанализировано современное состояние теории и практики вибросейсморазведки, на этой основе выделены первоочередные направления исследований по совершенствованию технологий вибросейсмического метода.

2. На основе анализа спектров сейсмических записей и количественных оценок их качества оценена эффективность применения нелинейных амплитудно-модулированных управляющих сигналов на нескольких разведочных площадях Саратовской области.

3. Повышено качество данных вибросейсморазведки за счет оптимизации управляющих сигналов в различных сейсмогеологических условиях Саратовского Поволжья

4. Разработана новая программно-обеспеченная технология вибросейсморазведки, повышающая ее эффективность за счет учета искажений комплексного спектра опорного сигнала в среде, связанных с проявлением эффекта дисперсии скорости.

5. Теоретически обоснованны и применены на практике новые процедуры корреляционного преобразования виброграмм, которые позволили повысить информативность временных разрезов.

6. Разработанные технологии вибросейсморазведки опробованы на полевых материалах, полученных в различных сейсмогеологических условиях. На этой основе получены временные разрезы повышенного качества.

7. С применением оптимизированных параметров свип-сигналов получена дополнительная геологическия информация в пределах Ясеневско-Грязнушинского участков Саратовского Поволжья. Уточнены, в частности, элементы строения осадочного чехла на уровне девонских отложений Выявлены новые нефтегазоперспективные объекты. Закартирована серия малоамплитудных сбросов, не выделявшаяся по данным прошлых лет при использовании неоптимальных свипов.

8. Даны рекомендации по применению разработанных технологических приемов вибросейсморазведки в практике поисково-разведочных работ на нефть и газ. В частности рекомендуется:

1. Продолжить нефтегазопоисковые работы на территории исследований с использованием разработанной методики вибросейсморазведки, основанной на учете искажений в среде зондирующего сигнала, а также с оптимизированными управляющими сигналами.

2. Провести детальные геолого-геофизические исследования для выявления новых нефтегазоперспективных объектов на Ровенской площади с применением оптимизированных нелинейных и степенных разверток.

3. Провести широкомасштабное тестирование нелинейных управляющих на основе опытно-методических работ на территории Саратовского Поволжья. Создать базу данных оптимальных параметров управляющих сигналов с целью районирования данной территории, как средства повышения эффективности нефтегазопоисковых работ.

4. Подготовить паспорта на бурение спрогнозированных локальных структур в пределах Ясеневско-Грязнушинской площади.

5. Продолжить совершенствование предложенной технологии вибросейсморазведки в направлении повышения технологичности и автоматизации определения характеристик оптимальных фильтров для предварительной коррекции формы опорного сигнала.

Автор надеется, что внедрение в практику перечисленных рекомендаций будет способствовать приросту запасов углеводородов на территориях Саратовской и Астраханской областей, а также в сходных по геологическому строению регионах.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Масляницкий В.В. Расширение частотного диапазона регистрируемого сигнала при работе с виброисточником. // Недра Поволжья и Прикаспия./ Саратов. Вып.28, 2001, с. 38-43.

2. Масляницкий В.В. Выбор основных параметров нелинейного частотно-модулируемого сигнала. // Материалы Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов/ Саратов. 2002, Изд. СО ЕАГО, с. 192-199.

3. Масляницкий В.В. Некоторые примеры повышения надежности

геологических результатов вибросейсморазведки. // Недра Поволжья и Прикаспия./ Саратов Вып.ЗЗ, 2003, с. 38-45.

4. Михеев СИ., Масляницкий В.В. Новая технология многоуровневой адаптивной вибросейсморазведки. // Недра Поволжья и Прикаспия./ Саратов Вып. 37,2004, с. 45-53.

5. Масляницкий ВВ, Артемьев А.Е. Возможности расширения частотного диапазона регистрируемого волнового пакета при работах с виброисточником // Тезисы докладов на всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов "Геологи XXI века" / Саратов 2001, с 122-124.

6. Масляницкий В В. Повышение надежности геологических результатов вибросейсморазведки. // Тезисы докладов на научно-практической региональной конференции Поволжского и Южного регионов РФ и пути их реализации в 2003-2010 гг. / Саратов 2002, Изд. СО ЕАГО, с. 44-45.

7. Масляницкий В.В. Особенности и преимущества вибросейсморазведки на продольных волнах. // Тезисы докладов на всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов "Геологи XXI века" / Саратов 2003, с 131-133.

8. Масляницкий В В. Совершенствование метода вибросейсморазведки на основе учета искажений опорного сигнала в средах с неупругим поглощением. // Тезисы докладов на всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых "Геологи XXI века" / Саратов 2004, с 123-125.

Подписано в печать 13.05.2004 Формат 60x84 1/16 Усл. п.л. 1,3 Тираж 100. Заказ № 48

Отпечатано в типографии НВНИИГГ 410600Саратов,ул. Московская, 70

р-98 3 8

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Масляницкий, Владимир Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ВИБРАЦИОННОЙ 12 СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Глава 2. ТЕОРЕТИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВИБРОСЕЙСМОРАЗВЕДКИ, УЧИТЫВАЮЩЕЙ ИСКАЖЕНИЯ 43 ОПОРНОГО СИГНАЛА В СРЕДАХ С НЕУПРУГИМ ПОГЛОЩЕНИЕМ

2.1. Основные положения технологии вибросейсморазведки и ее обоснование

2.1.1. Влияние дисперсии скорости на характеристики сейсмических импульсов в средах с зависимостью коэффициента 44 поглощения от частоты

2.1.2. Влияние диспер сии скорости на данные вибросейсморазведки

2.1.3. Основные положения новой технологии вибросейсморазведки

2.2. Результаты опробования технологии вибросейсморазведки, учитывающей искажения опорного сигнала в среде

2.2.1. Саратовская область

2.2.1.1. Геолого-геофизическая характеристика разреза

2.2.1.2. Результаты применения вибросейсморазведки

2.2.2. Астраханская область

2.2.2.1. Геолого-геофизическая характеристика разреза

2.2.2.2. Результаты применения вибросейсморазведки

Глава 3. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ОПТИМИЗАЦИИ

УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ

3.1. Основные параметры вибрационного источника и их влияние на качество сейсмических материалов

3.2. Результаты оптимизации управляющих сигналов в условиях северо-западной части Прикаспийской впадины

3.2.1. Иловатский участок

3.2.2. Ровенский участок

3.2.3. Ясеневско-Грязнушинский участок 118 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Повышение эффективности вибросейсморазведки при нефтегазопоисковых работах за счет учета искажений опорного сигнала в средах с неупругим поглощением"

Актуальность работы

В условиях отсутствия какой-либо правдоподобной информации о геологической среде, геофизическая разведка является одним из прогрессивных и актуальных средств изучения земных недр. Основным геофизическим методом поисков и подготовки локальных структур под бурение остается сейсморазведка. Об этом свидетельствует тот факт, что более 90% месторождений нефти и газа выявлены на объектах, подготовленных к бурению сейсморазведкой. В совокупности с другими геофизическими методами, привлечением скважинных данных, геологической изученностью осадочного чехла, сейсмическая разведка поставляет наиболее достоверную и точную информацию о строении геологических объектов при обнаружении глубокозалегаюгцих структур, выявлении тектонических элементов, оконтурив ании ловушек углеводородов, в том числе неструктурного типа. Ужесточение требований к экологической чистоте и безопасности проведения сейсморазведочных работ, стремление подрядных организаций к снижению себестоимости полевых наблюдений ведет к широкому внедрению невзрывных источников возбуждения упругих колебаний, наибольшее распространение среди которых приобретают вибрационные излучатели.

Повышение эффективности поисково-разведочных работ в вибрационной сейсморазведке становится возможным благодаря изобретению новых и использованию технико-методических приемов, ранее применяемых в импульсной сейсморазведке. Среди таких приемов следует отметить: многокомпонентную регистрацию упругих колебаний, возбуждение продольных и поперечных волн, применение интерференционных систем при излучении и регистрации упругих колебаний, управление фронтом волнового поля, использование дополнительных способов цифровой фильтрации при корреляционной обработке данных, применение сложных нелинейных функций развертки опорных (управляющих) сигналов. Невзрывные источники упругих колебаний относятся к классу поверхностных источников, отличительной чертой которых вследствие искажающего влияния зоны малых скоростей (ЗМС) является возникновение дополнительных факторов, снижающих качество сейсморазведочных материалов. К ним относятся явления частотно-зависимого затухания энергии и дисперсии скорости упругих колебаний. Существующий уровень технологий вибрационной сейсморазведки еще не обеспечивает необходимую точность и глубинность исследований, особенно в сложных геологических условиях. Положение осложняется тем, что фонд крупных антиклинальных ловушек во многом исчерпан и необходим поиск малоамплитудных неструктурных объектов. Это требует повышения разрешающей способности сейсмической записи во времени. В последнее десятилетие стоимость поиска и подготовки под бурение одной структуры в районах Саратовского Поволжья составляет многие миллионы рублей, а подтверждаемость обнаружения ловушки бурением не превышает 48%. Это свидетельствует о необходимости совершенствования современных технологий геологоразведочных работ и, в первую очередь, ведущего при структурных построениях геофизического метода - вибросейсморазведки.

Решение возникающих геофизических проблем требует развития, дальнейшего совершенствования и разработки эффективной методики вибрационной сейсморазведки, обработки и интерпретации данных.

В сложных сейсмогеологических условиях (дизъюнктивные нарушения, соляно-купольная тектоника, тонкая слоистость и т.п.) при поисках структур в нижних интервалах осадочного чехла вибрационная сейсморазведка встретилась с принципиальными трудностями, главными из которых является увеличение фона корреляционных шумов и сужение спектра регистрируемого сигнала для глубоких интервалов разреза. Данная проблема затрудняет, а в ряде случаев делает невозможным интерпретацию глубинно-динамических разрезов, и как следствие снижает эффективность и достоверность структурных построений по материалам вибросейсморазведки. Одной из причин снижения временной разрешенности и динамического диапазона сейсмической записи может быть влияние геологической среды на форму опорного сигнала, обусловленное процессами неупругого отражения и преломления при его распространении, изменению скорости волны заданной длины и т.п.

Проблема повышения эффективности сейсморазведки может быть решена за счет использования вибрационных источников, которые позволяют генерировать управляющие сигналы любых видов, а также применять новые методы обработки сейсмических данных. На настоящий момент потенциальные возможности вибрационного метода сейсморазведки реализованы далеко не в полной мере. Так, остается весьма актуальным вопрос повышения качества данных вибросейсморазведки за счет оптимизации управляющих сигналов в различных сейсмогеологических условиях. Малоисследованным остается вопрос об эффективности применения приемов нелинейной вибросейсморазведки.

Исходя из теоретических основ вибрационной сейсморазведки, корреляционное преобразование регистрируемых сигналов предполагает неизменность формы зондирующего сигнала. При этом геологическая среда представляется изотропно-однородной моделью, и нелинейные искажения, привносимые ей в сейсмический импульс, не учитываются. Поэтому изучение и компенсация нелинейных искажений амплитудно-частотной и фазовой характеристик опорного сигнала, описывающих изменение его формы, в рамках изотропно-неоднородной модели геологической среды является актуальной проблемой и требует проведения отдельных научных исследований.

Исследования по теме диссертации были реализованы в сложных геологических условиях Саратовской и Астраханской областей.

Территории исследований являются одними из наиболее перспективных на нефть и газ регионов России. К настоящему времени здесь открыто более 100 месторождений. Однако, разведанные запасы нефти и газа существенно ниже прогнозируемых. Обусловлено это недостаточной геологической и геофизической изученностью нижних интервалов разреза осадочного чехла из-за слабой эффективности геофизических методов разведки и сложного строения территорий, что создает большие трудности при интерпретации материалов сейсморазведки.

Цель диссертационной работы

Целью диссертационной работы является совершенствование методики обработки данных вибросейсморазведки, основанное на изучении и компенсации искажений опорных сигналов, обусловленных влиянием реальной геологической среды, и как следствие, повышение эффективности метода сейсморазведки при поисках ловушек углеводородов (УВ) в сложных сейсмогеологических условиях.

Основные задачи диссертационной работы

1. Теоретически и экспериментально обосновать новую технологию обработки данных вибросейсморазведки, повышающую прослеживаемость отражающих горизонтов и разрешенность записи за счет учета искажений, вносимых геологической средой в спектр излученного опорного сигнала вследствие проявления эффекта дисперсии скорости.

2. Опробовать разработанную технологию при обработке сейсмических материалов, полученных в различных сейсмогеологических условиях. Проанализировать эффективность ее применения.

3. Повысить качество данных вибросейсморазведки за счет оптимизации управляющих сигналов в различных сейсмогеологических условиях Саратовского Поволжья.

4. Разработать методические рекомендации по использованию реализованного комплекса программ и технологии обработки материалов вибросейсморазведки в практике поисково-разведочных работ на нефть и газ.

Научная новизна

Научная новизна исследований:

• исследованы не учитываемые в практике вибросейсморазведки искажения, вносимые реальной геологической средой в фазовые спектры опорных сигналов. Выявлено значительное влияние фазовых искажений опорных сигналов на качество получаемых временных разрезов;

• теоретически и экспериментально обоснованы возможности повышения качества материалов вибросейсморазведки, основанные на учете искажений опорного сигнала в геологической среде с неупругим поглощением;

• разработаны новые способы обработки, алгоритмы и комплекс программ корреляционного преобразования виброграмм, а также технология изучения закономерностей скоростных свойств геологической среды, направленная на исключение искажений опорного сигнала по наблюденным сейсмическим записям;

• определены оптимальные параметры опорного сигнала для нескольких разведочных площадей Саратовского Поволжья, обеспечивающие повышение разрешенности сейсмической записи и прослеживаемости целевых отражающих горизонтов;

• получены дополнительные геологические данные по результатам интерпретации временных разрезов ОГТ повышенного качества с применением оптимизированных параметров опорных сигналов вибросейсморазведки на ряде разведочных площадей Саратовского Поволжья.

Защищаемые положения

1. Дисперсия скорости в средах с неупругим поглощением приводит к искажениям фазовых спектров опорных сигналов, снижающих качество материалов вибросейсморазведки. Учет таких искажений позволяет повысить разрешеняость записи и соотношение сигнал/помеха на коррелограммах.

2. Разработан новый комплекс программ и технология корреляционной обработки виброграмм, позволяющие повысить качество получаемых материалов за счет учета и исключения искажений фазового спектра опорного сигнала, вносимых геологической средой.

3. Для северо-западной части Прикаспийской впадины обоснованы оптимальные параметры опорного сигнала, обеспечившие получение сейсмических материалов повышенного качества и новых геологических результатов, уточняющих и расширяющих перспективы нефтегазоносности изученных площадей.

Практическая значимость

Предложенные автором способы обработки данных, основанные на принципах компенсации искажений фазовых спектров зондирующих сигналов и оптимизации параметров нелинейных опорных сигналов, позволяют повысить геологическую достоверность и экономическую эффективность поисковых сейсморазведочных работ за счет получения дополнительной геологической информации на временных разрезах. Предложенная автором методика является не только способом обработки данных, но и элементом упрощения полевых наблюдений, так как требует представления в вычислительный центр виброграмм, и может быть использована при поисках рифогенных и неструктурных ловушек, как в Саратовском Поволжье, так "и в других регионах.

Апробация работы

Материалы и основные положения работы докладывались на региональных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (Саратов 2001-04 гг.), региональном научно-техническом совещании при Нижне-Волжского научно-исследовательского института геологии и геофизики (НВНИИГГ) в 2002 г.

Полученные результаты работы использованы в отчетах НВНИИГГ, НИИ Геологии СГУ и при обработке данных регионального профиля Ершов

Астрахань, а также при опытно методических работах на «Терновской» площади, ОАО «Саратовнефтегеофизика» при обработке данных сейсморазведочных партий на "Ясеневско-Грязнушинской", «Иловатской» площадях и при обработке данных сейсморазведочной партии Саратовской геофизической экспедиции (СГЭ) на «Ровенской» площади.

Публикации

По теме диссертации автором опубликованы восемь печатных работ.

Фактический материал и личный вклад

В диссертации обобщены результаты теоретических, методических и экспериментальных исследований автора, выполненные за период обучения в аспирантуре. Научно-исследовательские работы выполнялись на кафедре геофизики геологического факультета Саратовского Госуниверситета и в ГЭЦОИ ОАО «Саратовнефтегеофизика». При подготовке диссертации привлекались фондовые материалы ОАО «Саратовнефтегеофизика» и НВНИИГТ. В ходе исследований использовались материалы сейсморазведки методики многократного профилирования ОАО «Саратовнефтегеофизика», НВНИИГТ и опытных работ СГЭ. Разработка программного обеспечения и обработки материалов выполнялась непосредственно автором. Им же получены основные результаты.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю Михееву С И., особую благодарность декану геологического факультета Конценебину Ю.П. и всему коллективу кафедры геофизики Саратовского Госуниверситета за постоянное внимание и помощь в разработке темы.

Автор благодарен за сотрудничество и помощь в промышленном внедрении разработанных технологий вибросейсморазведки руководству и сотрудникам ОАО «Саратовнефтегеофизика» В.Н. Селенкову, К.Н. Соснову, руководству НВНИИГТ за предоставленный материал для проведения исследований по теме диссертационной работы.

Автор признателен за предоставление материалов опытных работ вибросейсморазведки директору СГЭ В.А.Живодрову.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Масляницкий, Владимир Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении подведены итоги исследований по теме диссертации, даны рекомендации по продолжению исследований и внедрению результатов в практику нефтегазопоисковых работ. Основные полученные результаты сводятся к следующему:

1. Проанализировано современное состояние теории и практики вибросейсморазведки, на этой основе выделены первоочередные направления исследований по совершенствованию технологий вибросейсмического метода.

2. На основе анализа спектров сейсмических записей и количественных оценок их качества оценена эффективность применения нелинейных амплитудно-модулированных управляющих сигналов на нескольких разведочных площадях Саратовской области.

3. Повышено качество данных вибросейсморазведки за счет оптимизации управляющих сигналов в различных сейсмогеологических условиях Саратовского Поволжья.

4. Разработана новая программно-обеспеченная технология вибросейсморазведки, повышающая ее эффективность за счет учета искажений комплексного спектра опорного сигнала в среде, связанных с проявлением эффекта дисперсии скорости.

5. Теоретически обоснованны и применены на практике новые процедуры корреляционного преобразования виброграмм, которые позволили повысить информативность временных разрезов.

6. Разработанные технологии вибросейсморазведки опробованы на полевых материалах, полученных в различных сейсмогеологических условиях. На этой основе получены временные разрезы повышенного качества.

7. С применением оптимизированных параметров свип-сигналов получена дополнительная геологические информация в пределах Ясеневско-Грязнушинского участков Саратовского Поволжья. Уточнены, в частности, элементы строения осадочного чехла на уровне девонских отложений. Выявлены новые нефтегазоперспективные объекты. Закартирована серия малоамплитудных сброс, ранее не выделявшаяся по данным прошлых лет.

8. Даны рекомендации по применению разработанных технологических приемов вибросейсморазведки в практике поисково-разведочных работ на нефть и газ. В частности по направлению и дальнейшему совершенствованию поисково-разведочных работ и результатам выполненных исследований, с учетом степени изученности и особенностей геологического строения северо-западной части Прикаспийской вшдины и Астраханского свода рекомендуется:

1. Продолжить нефтегазопоисковые работы на территории исследований с использованием разработанной методики вибросейсморазведки, основанной на учете искажений в среде зондирующего сигнала, а также с оптимизированными управляющими сигналами.

2. Провести детальные геолого-геофизические исследования для выявления новых нефтегазоперспективных объектов на Ровенской площади с применением оптимизированных нелинейных и степенных разверток.

3. Провести широкомасштабное тестирование нелинейных управляющих на основе опытно-методических работ на территории Саратовского Поволжья, Создать базу данных оптимальных параметров управляющих сигналов с целью районирования данной территории, как средства повышения эффективности нефтегазопоисковых работ.

4. Подготовить паспорта на бурение спрогнозированных локальных структур в пределах Ясеневско-Грязнушинской площади, К числу таких структур относятся структуры 2, 3 и 4 (см. рис. 3.2.3.5).

5. Продолжить совершенствование предложенной технологии вибросейсморазведки в направлении повышения технологичности и автоматизации определения характеристик оптимальных фильтров для предварительной (перед процедурой вычисления коррелограмм) коррекции формы опорного сигнала. Это обеспечит условия широкомасштабного внедрения технологии в производство.

Автор надеется, что внедрение в практику перечисленных рекомендаций будет способствовать приросту запасов углеводородов на территориях Саратовской и Астраханской областей, а также в сходных по геологическому строению регионах.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Масляницкий, Владимир Владимирович, Саратов

1. Авербух А.Г. Влияние поглощения на дисперсию средней скорости и частотную характеристику среды толстослоистых и непрерывных сред. Прикладная геофизика, вып. 59, М., Гостоптехиздат, 1970 г.

2. Авербух А.Г. Изучение состава и свойств горных пород при сейсморазведке. М.: Недра, 1982, с. 76-84.

3. Авербух А.Г. Методика интерпретации данных сейсморазведки при интегрированном изучении нефтегазовых резервуаров. Геофизика, вып. 1,1998, с. 13-19.

4. Авербух А.Г. Определение дисперсии скоростей упругих волн по амплитудной характеристике среды. Прикладная геофизика, вып. 57, М., Гостоптехиздат, 1969.

5. Авербух А.Г. Распространение сейсмического импульса в среде с линейной зависимостью коэффициента поглощения от частоты. Прикладная геофизика, вып. 61, М.: Гостоптехиздат, 1970.

6. Аммосов С.М., Войтов Г.И., Кузнецов В.В. Физико-химические процессы в сейсмическом поле вибрационных источников. Физические основы сейсмического метода. М.: Наука, 1991, с. 221230.

7. Бат М. Спектральный анализ в геофизике. Пер. с англ. М.: Недра, 1980, 535 с.

8. Беспятов Б.И. Методические основы повышения эффективности сейсморазведки методом отраженных волн. Саратов, изд-во СГУ, 1972,280 с.

9. Бондарев В.И, Крылатков С.И. Основы обработки и интерпретации данных сейсморазведки. Екатеринбург, 2001, с. 19-51.

10. Борковский Г.М., Карус Е.В. Геоакустический метод изучения механических свойств горных пород в их естественном залегании. В сб. Геоакустика. Использование звука и ультразвука в сейсмологии, сейсморазведке и горном деле. М.: Наука, 1966, с. 139-147.

11. Варакин JI.E. Теория сложных сигналов. М.: Советское радио, 1970, 376 с.

12. Васильев Ю.И., Видмонт Н.А., Гвоздев А.А. и др. Прямые измерения сейсморадиационного напряжения в мягком грунте. Проблемы нелинейной сейсмики, М.: Наука, 1987,149-152 с.

13. Ведерников Г.В., Максимов JI.A., Жарков А.В. Исследование кратных гармоник вибросигналов. Геофизика. М.: ЕАГО, Специальный выпуск к 30-летию «Сибнефтегеофизики», 2001, с. 4249.

14. Вибрационная сейсморазведка на продольных и поперечных волнах. Под ред. Чичинина И.С. и Окунева В.Е. Труды Сиб. ВИИ геол., геоф. и мин. сырья, вып. № 219, Новосибирск, 1975.

15. Вялков В.Н. Новые технологии нефтепоисковой вибрационной сейсморазведки. Автореферат диссертации на соискание учен.степени доктора г.М. наук, Саратов, 1998, 31 с.

16. Вялков В.Н. Технико-методические приемы повышения разрешающей способности вибросейсморазведки. Недра Поволжья и Прикаспия, вып. 3, Саратов, 1992, с. 34-40.

17. Гамбурцев Г.А. Основы сейсморазведки. М.: Гостоптехиздат, 1959, 377 с.

18. Гольцман Ф.М. Основы интерференционного приема регулярных волн. М., Наука, 1964г.

19. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов. М.: Сов. радио, 1977, 608 с.

20. Горелик Г.С. Колебания и волны. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959, 572 с.

21. Гродзенский В.А., Николаев С.И., Шнеерсон М.Б. Частотно и фазоманипулированные сигналы и перспективы их применения в сейсморазведке. Исследования Земли невзрывными сейсмическими источниками. М.: Недра, 1981, с. 132-144.

22. Гродзянская Т.М., Лукашин Ю.П. Сейсморазведка на непрерывных волнах. Обзор зарубежной литературы. М.: ВНИИОЭНГ, 1969.

23. Гурвич И.И. Сейсмическая разведка, М.: Гостоптехиздат, 1960, 504с.

24. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка. Учебник для вузов. М.: Недра, 1980, 551 с.

25. Гущин В.В., Шалашов Г.М. О возможности использования нелинейных сейсмических эффектов в задачах вибрационного просвечивания Земли Исследование Земли невзрывными сейсмическими источниками. М., Наука, 1981,144-155 с.

26. Евчатов Г.П. Сравнительный анализ волновых полей, возбуждаемых при вертикальных и горизонтальных колебаниях сейсмического вибратора. Геология и геофизика, 1986, № 4,115-120 с.

27. Евчатов Г.П., Сотникова Е.Н. Оценка динамического диапазона вибросейсмических сигналов. Геология и геофизика, вып. 8 , 1986, 129-133 с.

28. Жуков А.П., Пудовкин А.А., Чичинин И.С. Оценка уровня помех автокорреляционной функции свип-сигнала на вибрационных сейсмограммах. Прикладная геофизика, вып.98, М.: Недра, 1980.

29. Жуков А.П., Шнеерсон М.Б. Адаптивные и нелинейные методы вибрационной сейсморазведки. М.: Недра, 2000, с. 25-42.

30. Зарембо JI.K., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. М.: Наука, 1966, 519 с.

31. Заславский Ю.М. Характеристики сейсмических полей вибрационных источников возбуждения. Геофизика. М.: ЕАГО, вып. 2, 2001, с. 42-49.

32. Инициирующие вибровоздействия и сейсмическая эмиссия горных пород. А.С. Беляков, А.Г. Гамбурцев, B.C. Лавров и др. Физика Земли, 1996, № 2, 68-74 с.

33. Иноземцев А.Н., Колесов С.В., Баранский Н.Л. и др. Перспективыперехода к высокоразрешающей сейсморазведке для прогноза зон скопления углеводородов. Геофизика. М.: ЕАГО, вып. 6, 2001, с. 1622.

34. Исследование возможностей повышения эффективности вибрационной сейсморазведки на основе фазоманипулированных сигналов. М.Б. Шнеерсон, В.А. Гродзенский, И.С. Лев, А.Н. Иноземцев. ВЦ СО АН СССР, 1982, 42-54 с.

35. Исследование Земли невзрывными сейсмическими источниками. Под редакцией Николаева В.А, Галкина И.Н. М.: Наука, 1981, 336с.

36. Карус Е.В. Поглощение упругих колебаний в горных породах при стационарном возбуждении. Изв. АН СССР, серия геофиз., № 4, 1958, 438-448 с.

37. Каузов А.А., Крылов И.Б., Лугинец А.И., и др. О выборе полосы частот управляющего сигнала в вибросейсморазведке. Нефтяная геология и геофизика. М., ВНИИОЭНГ, 1976, №12.

38. Каузов А.Л., Крылов И.Б., Лугинец А.И. и др. Опыт применения вибровозбудителя для сейсморазведки на поперечных волнах. Разведочная геофизика. М., 1980, №88, 52-61 с.

39. Кодратьев О. К. Сейсмические волны в поглощающих средах. М.: Недра, 1986, 40-68.

40. Колесов С.В., Иноземцев А.Н. Выбор оптимальной функции частотной развертки свип-сигнала для повышения разрешенности вибрационных данных. Разведочная геофизика. М., Недра, 1988, вып. 108.

41. Конценебин Ю.П. Геологическая интерпретация гравитационных аномалий Нижнего Поволжья. Под ред. док. тех. наук Тикшаева В.В. Саратов, СГУ, 1988, с. 8-26.

42. Концепция развития нефтегазодобывающей промышленности Саратовской области на 1997-2005 гг. Отчет правительства Саратовской области. Саратов, 1997.

43. Корягин В.В. Сейсморазведка нефтегазоперспективных структур малого размера. Самара, 2001, с. 79-93.

44. Косминская И.П. Интерференция сейсмических волн, вызванных гармоническим источником. Изв. АН СССР, сер. Геофиз., № 4, 1952, 33-54 с.

45. Кострыгин Ю.П. Исследование и развитие технологии сейсморазведки с использованием сложных зондирующих сигналов. Автореферат диссертации на соискание учен, степени доктора тех. наук, Краснодар, 2003,48 с.

46. Кострыгин Ю.П. Сейсморазведка на сложных сигналах. Тверь: ГЕРС, 2002, с. 247-303.

47. Кострыгин Ю.П., Косов В.М., Линчевский Д.Ф. Определение основных параметров возбуждения и приема вибросейсмических сигналов. Разведочная геофизика, М.: Недра, 1984, вып. 97, 51-60 с.

48. Кострыгин Ю.П., Нигматзянов А.М. Исследование основныхдинамических характеристик колебательной системы вибратор СВ-5-150- грунт. Нефтегазовая геология, геофизика и бурение, 1985, № 8, 28-32 с.

49. Кострыгин Ю.П., Нигматзянов А.М. Методика вибросейсмических наблюдений с использованием комбинированных сигналов. Разведочная геофизика, М.: Недра, 1989, вып. 110,14-26 с.

50. Крауфорд Ф. Волны. М.: Наука, 1974, 527 с.

51. Крылов И.Б. Оптимальная полоса частот возбуждаемого сигнала при вибросейсморазведке. Изв. вузов Геол. и разведка, 1980, №2, 88-95 с.

52. Крылов И.Б. Особенности вибросейсморазведки по отношению к нере1улярным помехам, вызванным источником. Изв. вузов Геол. и разведка, 1980, №4,111 -115 с.

53. Кухлинг X. Справочник по физике. М.: Мир, 1982, 520 с.

54. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика, М.: Наука, 1965, 204 с.

55. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. М.: Наука, 1965, 204 с.

56. Магницкая Н.Н. Исследование эффективности приема вибросигналов. В сб. «Исследование Земли невзрывными сейсмоисточниками», М.: Наука, 1980,204-211 с.

57. Масляницкий В.В. Выбор основных параметров нелинейного частотно-модулируемого сигнала. Материалы Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов. Саратов. 2002, Изд. СО ЕАГО, с. 192-199.

58. Масляницкий В.В. Особенности и преимущества вибросейсморазведки на продольных волнах. Тезисы докладов на всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов "Геологи XXI века". Саратов 2003, с 131-133.

59. Масляницкий В.В. Расширение частотного диапазона регистрируемого сигнала при работе с виброисточником. Недра Поволжья и Прикаспия. Саратов. Вып.28, 2001, с. 38-43.

60. Мешбей В.И. Методика многократных перекрытий всейсморазведке. М.: Недра, 1985,263 с.

61. Михайлов В.А. Автореферат диссертации на соискание учен, степени кандидата геол. -мин. наук, Саратов, 1999, 25 с.

62. Михеев С.И., Гестрин С.Г., Живодрова М.В. Теория и перспективы использования ангармонических эффектов в вибрационной сейсморазведке. Недра Поволжья и Прикаспия. Вып. 34. Саратов, 2003, с. 42^5.

63. Михеев С.И., Гурьянов В.В., Живодрова М.В. Математическая модель адаптивного метода вибрационной сейсморазведки для изучения особенностей распространения сейсмических волн в коллекторах. Недра Поволжья и Прикаспия. Вып. 31. Саратов, 2002. с. 30-34.

64. Михеев С.И., Масляницкий В.В. Новая технология многоуровневой адаптивной вибросейсморазведки. Недра Поволжья и Прикаспия. Саратов. Вып. 37, 2004, с. 45-53.

65. Молоканов Г.И., Кострыгин Ю.П., Рогоза О.И. и др. Кодоимпульсный метод сейсморазведки. Обзор. Сер. Геология и разведка морских нефтяных и газовых месторождений. М.: ВНИИЭГазпром, 1981, вып.1, 36 с.

66. Недашковский И.Ю. О характере реально возбуждаемых зондирующих сигналов в вибрационной сейсморазведке. Геология и геофизика, вып. 12, Новосибирск: Наука, 1992,146-153 с.

67. Николаев А.В. Проблемы нелинейной сейсмики. М.: Наука, 1987, с. 5-20.

68. Патент РФ № 2897650. Способ вибропросвечивания земли. А.С. Алешин, В.В. Гущин, В.В. Кузнецов, А.В. Николаев, Г.М. Шалашов, О.Б. Хаврошкин и В.В. Цыплаков. Заявл. 20.03.80. Опубл. в Б.И. № • 48, 1981.

69. Патент РФ № 2988164. Способ вибросейсмической разведки. А.В. Николаев, М.М. Креков, О.Б. Хаврошкин и В.В. Цыплаков. Заявл.76.