Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка способов экспериментального изучения анизотропии осадочных отложений методами многоволновой сейсморазведки

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Горшкалев, Сергей Борисович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. РОЛЬ МНОГОВОЛНОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ИЗУЧЕНИИ АНИЗОТРОПНЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И ИСТОРИЯ их РАЗВИТИЯ.

1Л. Факторы, определяющие возникновение анизотропии упругих свойств в горных породах.

1.1.1. Напряженное состояние горных пород.

1.1.2. Анизотропия кристаллов.

1.1.3. Кливаж и сланцеватость.

1.1.4. Слоистость горных пород.

1.1.5. Трещиноватость.

1.2. Анизотропия горных пород как результат влияния нескольких носителей анизотропии.

1.3. Относительность проявления анизотропии.

1.4. Методы расчета волновых полей в анизотропных средах.

1.5. История экспериментальных исследований анизотропии методами многоволновой сейсморазведки.

1.1.5. Необходимость многоволнового подхода.

1.5.2. Квазианизотропия осадочных отложений.

1.5.3. Исследования азимутальной анизотропии.

1.5.4. Способы поляризационной обработки.

1.5.5. Определение упругих постоянных.

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АНИЗОТРОПИИ НАДСОЛЕ

ВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ.

2.1. Краткая геолого-геофизическая характеристика района работ.

2.1.1. Стратиграфия.

2.1.2. Сейсмогеологические условия.

2.1.3. Тектоника.

2.2. Методика наблюдений.

2.2.1. Аппаратура и оборудование.

2.2.2. Профильные наблюдения М О П.

2.2.3. Зондирования МОВ.

2.2.4. Наблюдения на прямых и головных волнах.

2.3. Проявление анизотропии на отраженных волнах.

2.3.1. Соляной купол Танатар.

2.3.2. Соляной купол Доссор.

2.4. Зондирования на выходах пород различного возраста.

2.5. Поляризационная обработка и определение скоростей.

2.6. Определение упругих постоянных среды по скоростям трех типов волн.

2.7. Проведение поляризационного анализа по данным отраженных поперечных волн в азимутально анизотропной среде.

2.8. Влияние геологических факторов на параметры анизотропии надсолевых отложений Прикаспийской впадины.

2.9. Выводы к главе 2.

Глава 3. СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ МНОГОВОЛНОВОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ В АНИЗОТРОПНЫХ СРЕДАХ С ИЗМЕНЯЮЩИМИСЯ ПО ГЛУБИНЕ ЭЛЕМЕНТАМИ СИММЕТРИИ.

3.1. Экспериментальные данные об анизотропных свойствах геологического разреза ЮТЗ.

3.1.1. Сейсмо-геологический разрез в окрестности скважины Юр-55.

3.1.2. Методика скважинных многоволновых исследований (МВС-ВСП).

3.1.3. Результаты эксперимента.

3.2. Методика разделения поперечных волн в многослойной анизотропной (трещиноватой) модели.

3.2.1. Математическое моделирование волновых полей в многослойных анизотропных средах.

3.2.2. Модифицированный метод компенсации анизотропных слоев для систем наблюдения ВСП.

3.2.3. Результаты опробования модифицированного метода послойной компенсации влияния вышележащих анизотропных слоев для нисходящих S-волн, регистрируемых при ВСП.

3.2.4. Результаты опробования модифицированного метода послойной компенсации влияния вышележащих анизотропных слоев для отраженных S-волн, регистрируемых при ВСП.

3.2.5. Метод послойной компенсации влияния вышележащих анизотропных слоев для отраженных S-волн, регистрируемых на поверхности.

3.2.6. Определение параметров анизотропии и направлений трещиноватости по векторным временным разрезам поперечных отраженных волн.

33. Методика послойного анализа параметров анизотропной вертикальнотрегциноватой горизонтально-слоистой среды.

3.4. Выводы к главе 3.

Глава 4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МНОГОВОЛНОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АНИЗОТРОПИИ ОСАДОЧНЫХ

ПОРОД.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка способов экспериментального изучения анизотропии осадочных отложений методами многоволновой сейсморазведки"

Объекты исследований. Тема настоящей диссертационной работы возникла в связи с проведением многолетних исследований сейсмической анизотропии осадочных пород, в которых автор принимал непосредственное участие с 1975 г. Полевые эксперименты проводились в рамках тематического плана по разработке физико-геологических основ и внедрению методов многоволновой сейсморазведки (МВС) Института геологии и геофизики СО АН СССР и Сибирской геофизической экспедиции Миннефтепрома в 1972-1987гг. В качестве первого объекта полевых экспериментальных исследований послужили надсолевые осадочные отложения Прикаспийской впадины до среднеюрского возраста включительно. Участки исследований выбирались вблизи сводов и в пределах крыльев соляных куполов, глубинность исследований (на отраженных волнах) не превышала, в основном, 1 км.

Несмотря на то, что еще в середине 1960-х годов было положено начало изучению поляризации поперечных и обменных волн в Прикас-пии, выявленные аномальные ее особенности исследователи были склонны объяснять в рамках модели поперечно-изотропной среды с осью анизотропии, нормальной к напластованиям, обычно мало отклонявшейся от вертикали. Далеко не все эффекты, обнаруженные в результате этих экспериментов, могли быть объяснены в рамках этой модели. Для обоснования более сложной анизотропной модели осадочных отложений в этом районе, используемый комплекс методических приемов и применяемые способы обработки данных оказались недостаточным.

Второй объект исследований составил галогенно-карбонатный комплекс Юрубчено-Тохомской зоны нефтегазонакопления (ЮТЗ) на Сибирской платформе, в пределах которой проводились работы МВС (в том числе МВС ВСП - при участии автора) силами Института геологии и геофизики СО АН СССР и ПО "Енисейгеофизика" в 1987-1993гг. в ЮТЗ основные перспективы нефтегазоносности связывают с ри-фейскими отложениями, представленными карбонатными породами. Проницаемость этих пород определяется системой субвертикальных трещин, которые, при наличии преимущественной направленности, должны приводить к появлению анизотропных свойств данного коллектора. Отсутствие многоволновых исследований, направленных на изучение анизотропии рифейских отложений, не позволяло экспериментально подтвердить это предположение и получить информацию о модели среды, что, в свою очередь, не давало возможности разработать эффективные способы изучения данного коллектора.

Актуальность темы определяется необходимостью разработки новых методических приемов для обоснования более сложных моделей анизотропных свойств осадочных отложений, по сравнению с широко используемой моделью поперечно-изотропной среды, и созданием способов обработки данных многоволновой сейсморазведки в рамках моделей многослойной анизотропной среды с изменяющимися по глубине элементами симметрии.

Цель исследований - разработка способов экспериментального изучения анизотропии осадочных горных пород методами многоволновой сейсморазведки для обоснования их типов симметрии и определения упругих параметров, связанных с особенностями геологического строения.

Основные задачи исследований:

1. Выявление типов симметрии анизотропных горных пород надсо-левого комплекса Прикаспийской впадины и разработка способов поляризационной и кинематической обработки сейсмических волновых полей для определения эффективных упругих постоянных этих пород в модели однородной анизотропной среды произвольной симметрии.

2. Экспериментальное обнаружение признаков анизотропии в слоистом разрезе Юрубчено-Тохомской зоны нефтегазонакопления в связи с наличием трещиноватых коллекторов.

3. Разработка способов послойной компенсации влияния вышележащих анизотропных слоев при обработке данных поперечных отраженных волн для определения изменений направлений симметрии и параметров анизотропных слоев с глубиной.

Фактический материал и методы исследований.

Основу фактического материала, использованного в диссертации, составили записи сейсмического волнового поля, зарегистрированные в процессе проведения полевого эксперимента, как на дневной поверхности, так и во внутренних точках среды. Главным методом экспериментальных исследований была многоволновая сейсморазведка - совместное использование продольных, поперечных и обменных волн. Применялись разнообразные системы наблюдений, позволяющие получить детальную характеристику волновых полей в условиях азимутально-анизотропной среды, с использованием комплекса проходящих, головных и отраженных волн. В процессе экспериментов использовалось современные технические средства и аппаратура. Для возбуждения поперечных волн применялись направленные взрывные, невзрывные ударные и вибрационные источники ("Вибролокатор"). Применялась многокомпонентная цифровая регистрация волновых полей, причем все скважин-ные наблюдения проводились с ориентируемыми зондами, которые позволяют существенно повысить надежность определяемых поляризационных характеристик упругих волн.

В исследовательской работе широко использовались методы математического моделирования волновых полей. Все предлагаемые автором способы обработки тестировались на синтетических сейсмограммах, что позволило убедиться в их применимости и точности.

Основные защищаемые результаты.

1. Создан способ определения эффективных упругих постоянных по лучевым скоростям в рамках однородной анизотропной среды произвольной симметрии и способ послойного определения пяти эффективных упругих постоянных поперечно-изотропной среды с разноориентиро-ванными в различных слоях горизонтальными осями симметрии по годографам отраженных волн, полученным в нескольких азимутах.

2 Разработаны способы поляризационной обработки, позволяющие: а) производить разделение интерферирующих поперечных волн, распространяющихся в произвольном направлении в однородной анизотропной среде, и определять их поляризацию, б) определять изменения поляризации и связанные с ними изменения направлений симметрии с глубиной и производить разделение интерферирующих падающих и отраженных волн вблизи вертикали в модели горизонтально слоистой анизотропной среды.

3. Установлено наличие азимутальной анизотропии в породах различного возраста и литологического состава в надсолевом комплексе Прикаспийской впадины, выяснен их различный вклад в формирование "аномальной" поляризации поперечных и обменных волн. Экспериментально обнаружена и обоснована моноклинная симметрия упругих свойств осадочных пород альбского возраста.

4. Экспериментально обнаружено проявление азимутальной анизотропии и изменение ее параметров с глубиной в венд-рифейском интервале разреза Юрубчено-Тохомской зоны нефтегазонакопления.

Научная новизна и личный вклад.

1. На основании критерия максимума функции взаимной корреляции создан алгоритм разделения интерферирующих поперечных волн в однородной анизотропной среде.

2. На основании решения прямой задачи и минимизации разницы теоретических и экспериментальных скоростей разработан алгоритм определения упругих постоянных по скоростям трех типов волн в анизотропной среде произвольной симметрии.

3. Разработаны способы, позволяющие изучать изменения направлений симметрии среды с глубиной и получать послойные характеристики анизотропии в горизонтальнослоистой модели по отраженным волнам.

4. Используемая соискателем методика полевого эксперимента и разработанные способы обработки этих данных позволили впервые обосновать моноклинный тип симметрии упругих свойств осадочных пород на примере альбских отложений северо-западного крыла соляного купола Доссор в Прикаспийской впадине, а также обнаружить азимутальную анизотропию венд-рифейского комплекса Сибирской платформы.

Личный вклад автора заключался в определении методики и постановке всех полевых экспериментов, обработке экспериментальных материалов и их интерпретации. Алгоритм разделения интерферирующих волн в анизотропной среде независимо и одновременно разработан с И.Р. Оболенцевой, а алгоритм компенсации влияния вышележащих анизотропных слоев - совместно с В.В. Карстеном. По разработанным алгоритмам автором диссертации были написаны соответствующие программы обработки.

Практическое значение работы заключается в том, что предлагаемые в работе методические приемы проведения экспериментальных исследований и разработанные способы обработки данных, которые прошли тестирование, как на теоретических, так и на экспериментальных материалах, могут использоваться другими исследователями при изучении анизотропных свойств геологического разреза. Экспериментальное обоснование того, что осадочные породы могут обладать упругими свойствами анизотропной среды с моноклинной симметрией, ставит перед исследователями задачу расширения класса сейсмогеологиче-ских моделей реальных сред и разработку способов их изучения и геологического истолкования. Обнаружение азимутальной анизотропии в венд-рифейском интервале разреза ЮТЗ подтвердило предположение о том, что трещиноватость рифейского коллектора в этом районе может быть направленной и показало возможность с помощью многоволновых исследований изучать ее параметры, которые являются крайне важными для оптимизации систем эксплуатации месторождения.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих российских и международных конференциях: Всесоюзном совещании "Совместное использование продольных и поперечных волн в сейсморазведке", Коканд 1979г.; Международном рабочем совещании "Сейсмическая анизотропия", г. Суздаль, 1982г; рабочем Всесоюзном совещании "Методика изучения сейсмической анизотропии литосферы Земли", Ялта, 1984г.; Всесоюзном совещании "Многоволновая сейсморазведка", Новосибирск, 1985г.; II Международном рабочем совещании "Сейсмическая анизотропия", г.Москва, 1986г.; Международной геофизической конференции 8ЕО/Москва'92; Международной геофизической конференции 8ЕО/Москва'93; Международной геофизической конференции ЕАЕО 57 Глазго 1995г.; Международной геофизической конференции, Санкт-Петербург'95; Международной геофизической конференции ЕАЕО 58, Амстердам 1996г.

По теме диссертации опубликовано 16 работ, две из которых в международных журналах.

11

Работа выполнена в Институте геофизики СО РАН и проведена в соответствии с планом НИР лаборатории Многоволновой сейсморазведки.

Автор выражает искреннюю признательность академику РАН H.H. Пузыреву, благодаря усилиям которого стало возможным проведение широкомасштабных экспериментов в Прикаспии, и всем сотрудникам "Сибнефтегеофизики" за тщательную подготовку и проведение этих экспериментов. Также автор благодарит за полезные обсуждения и консультации д.г.-м.н. A.B. Тригубова, д.г.-м.н. И.Р. Оболенцеву, д.ф.-м.н. Б. П. Сибирякова, к.т.н. К.А. Лебедева, м.н.с. В. В. Карстена, а за помощь в оформлении работы В. В. Карстена и О. Ю. Зюзину.

Диссертация содержит 147 стр. текста, 42 рисунка и 5 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Горшкалев, Сергей Борисович

Глава 4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МНОГОВОЛНОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АНИЗОТРОПИИ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД.

Значительная часть исследований, представленных в диссертации, была посвящена изучению анизотропии осадочных пород надсолевого комплекса на ряде соляных куполов Прикаспийской впадины. Проведено детальное изучение анизотропных свойств пород различного возраста и литологического состава. Наиболее полный комплекс исследований поставлен на соляном куполе Доссор, где показано, что осадочные породы могут проявлять различную степень анизотропии и обладать различными типами симметрии. До проведения данных работ считалось, что модель поперечно-изотропной среды является достаточной для описания анизотропных свойств, а эффекты азимутальной анизотропии объясняются либо наклонным, либо горизонтальным положением оси симметрии. Более сложные модели анизотропии рассматривались только как теоретически возможные. В связи с этим многими исследователями интерпретация экспериментальных данных проводилась, как правило, в рамках простейшей модели. В результате проведенных экспериментов показано, что наряду с классической поперечно-изотропной средой, ярким примером которой являются отложения сенон-турона, могут существовать более сложные типы симметрии осадочных пород. Впервые экспериментально обнаружена и обоснована моноклинная симметрия пород альбского возраста.

Причинами, вызывающими столь сложный тип анизотропии альбских пород, являются: периодическая тонкая слоистость и напряженное состояние массива, вызванное внедрением соляного ядра в осадочный чехол, которое приводит к возникновению, как радиальных разломов, так и по-видимому направленной микротрещиноватости. Прямых данных о существовании направленной микротрещиноватости нет, однако твердо установлено, что вертикальная плоскость симметрии среды направлена на соляной купол. Прямое доказательство этому получено на соляном куполе Пекине, где направление падения надсолевых горизонтов и поверхности соли не совпадают.

Сложный характер экспериментальных данных потребовал от автора создания и применения новых методов обработки. Если для поперечно-изотропной среды с вертикальной осью симметрии не стояла проблема разделения интерферирующих поперечных волн, так как одна из них (8Н) была поляризована всегда горизонтально, а другая (8У) имела вектор смещения в вертикальной лучевой плоскости, то для более сложных моделей анизотропии, где обе квази-поперечные волны вне плоскостей симметрии имеют сугубо пространственную поляризацию, она стала актуальной. В 1982 г. автором диссертации совместно с И.Р.Оболенцевой был разработан и опробован на экспериментальных данных метод разделения интерферирующих поперечных волн для однородной анизотропной среды. В 1986 г. вышла соответствующая публикация. В этом же 1986г. аналогичный метод независимо предложил СЬ. NavШe, что подтверждает правильность выбранного критерия для разделения интерферирующих волн в анизотропной среде. Применение данного метода позволило получать данные о скоростях квази-поперечных волн и определять зависимость этих скоростей от направления распространения.

Дальнейшим шагом в изучении анизотропных сред стало определение эффективных упругих постоянных. Если для поперечно-изотропной среды такие методы были разработаны, то для более сложных типов симметрии в сейсморазведке такая задача не считалась актуальной. В области кристаллофизики задача определения упругих постоянных по скоростям трех типов волн, измеренных на образцах, была решена (К.С.Александров, В.В.Альчиков, 1975) для различных типов симметрии, включая и моноклинную. Однако применение такого метода в \/ сейсморазведке было невозможньш, так как необходимы были измерения скоростей плоских волн (нормальные скорости) в фиксированных направлениях, связанных с элементами симметрии кристалла. По той же причине не подходил метод, предложенный Г.Т.Продайводой для ультразвуковых исследований образцов горных пород. В 1983г. автором диссертации был предложен способ определения упругих постоянных по лучевым скоростям, измеренным в плоскостях симметрии орторомби-ческой среды, и показана однозначность решения при условии использования всех трех типов волн. В дальнейшем область применимости этого метода была расширена на случай произвольной однородной анизотропной среды. С помощью этого метода по экспериментальным скоростям были определены 13 эффективных упругих постоянных, свойственных моноклинной системе симметрии, для альбских отложений на куполе Доссор.

Другая часть работы посвящена изучению анизотропии горных пород Юрубчено-Тохомской зоны нефтегазонакопления. Автором диссертации впервые обнаружена азимутальная анизотропия горных пород в разрезе ЮТЗ. В процессе первых же экспериментов с применением многоволнового ВСП в скважине ЮР-55 была обнаружена азимутальная анизотропия венд-рифейских отложений. В результате обработки полученного экспериментального материала были определены направления векторов смещения в быстрой и медленной поперечных волнах, которые оказались различными в венде и рифее. Поскольку рифейский коллектор представлен трещиноватыми карбонатными породами, можно с уверенностью говорить о существовании в нем направления преимущественной трещиноватости, которое совпадает с поляризацией быстрой поперечной волны. Таким образом, показана возможность определения направления максимальной проницаемости рифейского коллектора при многоволновых исследованиях в ЮТЗ. Однако, изменение параметров анизотропии в слоистом разрезе с глубиной серьезно усложняет определение анизотропных свойств рифейского коллектора, так как при несовпадающих элементах симметрии анизотропных слоев в каждом акте отражения-преломления происходит удвоение числа интерферирующих волн и способы разделения волн, разработанные для однородной средыЛста-новятся неприменимы. Решение этой проблемы требует усложнения методики наблюдений и применения специальных способов обработки.

Для случая слоистой анизотропной среды с несовпадающими элементами симметрии существуют способы обработки волновых полей нисходящих S-волн, при наличии двух разнонаправленных горизонтальных воздействий в источнике и многокомпонентном приеме (Winterstein D.F. & Meadows М.А. 1991, Бродов Л.Ю. 1992, 1995). Эти методы не могли применяться для отраженных волн. Автором диссертации в соавторстве с В. В. Карстеном в 1995г. были разработаны способы послойной компенсации, позволяющие производить поляризационную обработку данных многокомпонентных наблюдений и определение параметров анизотропии в слоистой среде с различающимися элементами симметрии по отраженным поперечным волнам, наблюденным как во внутренних точках среды, так и на дневной поверхности.

Метод компенсации влияния анизотропных слоев не мог применяться для отраженных волн и был модифицирован для систем наблюде-V ния ВСП.Суть модификации заключалась в независимых вращениях источника и приемников при выделении отраженной волны. Модифицированный метод компенсации позволял в слоистой анизотропной среде с несовпадающими элементами симметрии построить алгоритм выделения отраженной волны произвольного кода по данным ВСП, который затем применялся к данным наблюдений на дневной поверхности в районе изучаемой скважины.

Дальнейшие исследования в этом направлении позволили разработать метод послойной компенсации, который применялся непосредственно к данным наблюденным на дневной поверхности и не требовал наблюдений ВСП для определения изменений поляризации поперечных волн с глубиной. Для его реализации наряду с компенсацией на падающем луче (за источник) потребовалось введение новой процедуры -компенсации на восходящем луче (за приемник). Несмотря на то, что этот метод послойной компенсации строго справедлив для вертикального луча, его применение к суммарным трассам ОГТ дало положительный результат при тестировании на синтетических сейсмограммах. После определения параметров алгоритма по суммарным трассам он был применен к сейсмограммам ОТВ. Уверенное разделение отраженных волн было получено до удалений, равных половине глубины до отражающей, границы.

Это обстоятельство позволило автору в соавторстве с В.В.Карстеном в 1996г. предложить способ послойного определения пяти эффективных упругих постоянных поперечно-изотропной среды с разноо-риентированными горизонтальными осями симметрии по годографам отраженных волн, полученным в нескольких азимутах. Преимущество данного метода заключается в том, что он может применяться при отсутствии данных ВСП и не требует предварительного знания глубин отражающих горизонтов. Вертикальные скорости поперечных волн, а следовательно и глубины, определяются путем нахождения параметров эллипсоида чисто поперечной волны.

В заключение авторудрчется сказать несколько слов о перспективах развития многоволновых исследований анизотропии горных пород. Определение типа симметрии среды и эффективных упругих постоянных является необходимым этапом в изучении анизотропных сред, но конечным результатом такого изучения должны стать характеристики микроструктуры изучаемого объекта, в частности параметры трещиноватости, которые являются крайне важными для оценки коллекторских свойств и правильного построения системы эксплуатации месторождений.

Существующие подходы к решению данной задачи, в подавляющем большинстве связаны с использованием моделей трещиноватых сред Хадсона или Эшелби, в которых трещины представлены плоскими о иЛеальнЛ сориентированными эллипсоидами. Остается открытым вопрос о соответствии данной модели реальным трещиноватым средам, где трудно себе представить идеальную ориентацию трещин.

Результаты изучения керна рифейских отложений ЮТЗ говорят о наличии в нем, как правило двух вертикальных ортогональных систем трещин. Об этом же свидетельствуют геологические данные по многим месторождениям Западной Сибири. В этом случае мы вправе ожидать орторомбической симметрии среды и проводить интерпретацию данных в рамках этой модели. Однако теоретические модели для нескольких систем трещин разработаны недостаточно и требуются усилия в этом направлении.

Таким образом, автору диссертации видятся два основных направления развития способов изучения анизотропных сред:

1. Расширение класса моделей анизотропных сред до моноклинной включительно, разработка способов идентификации этих моделей и определения в них эффективных упругих постоянных в рамках многослойных анизотропных сред.

2. Создание математических моделей описывающих связь между эффективными упругими постоянными и параметрами микроструктуры среды и на их основе решать задачу определения этих параметров (также в более широком классе сред).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате проведенных экспериментов и обработки полученных данных установлено, что многим породам надсолевого комплекса Прикаспийской впадины свойственны анизотропные свойства. При этом разнообразие тектонической обстановки на участках соляных куполов обуславливает разнообразие форм проявления анизотропии, ее изменчивости с глубиной и по латерали. Применяемая методика проведения полевого эксперимента и разработанные способы разделения интерферирующих волн и определения упругих постоянных по скоростям трех типов волн в анизотропной среде позволили установить, что на исследова-ных автором участках куполов Танатар и Доссор породы апта и сенон-турона имеют свойства поперечно-изотропной среды с осью симметрии перпендикулярной напластованиям. Отложения средней юры, неокома и альба обладают свойствами азимутальной анизотропии, причем альбские отложения характеризуются наиболее сложным моноклинным типом симметрии и вносят решающий вклад в формирование аномальной поляризации поперечных и обменных отраженных волн. Полученные результаты позволяют пересмотреть традиционные представления о возможных типах симметрии осадочных отложений и говорят о необходимости расширения класса моделей анизотропных сред при их изучении до моноклинной включительно.

В результате проведенных экспериментов МВС ВСП впервые удалось обнаружить азимутальную анизотропию в низах усольской свиты, в вендских и верхней части рифейских отложений центрального блока ЮТЗ. Установлено, что направления преимущественной трещинова-тости в изучавшемся интервале меняются с глубиной. Данный результат позволил обосновать необходимость усложнения методики проведения полевого эксперимента с использованием поперечных волн в этом районе за счет обязательного использования двух ортогональных горизон

139 тальных воздействий в источнике, что позволит получать более достоверную информацию о трещиноватости рифейского коллектора.

Для таких моделей анизотропных сред разработан и опробован на синтетических сейсмограммах метод послойной компенсации анизотропных слоев, который применим для анализа анизотропии к данным ВСП как на проходящих, так и на отраженных 8-волнах. Дальнейшие исследования в этом направлении позволили разработать метод послойной компенсации, который применялся непосредственно к данным наблюденным на дневной поверхности, и не требовал наблюдений ВСП для определения изменений поляризации поперечных волн с глубиной. Показана возможность использования суммарных разрезов ОГТ для поляризационного анализа, что существенно повышает его помехоустойчивость.

Для горизонтально слоистых моделей, состоящих из поперечно изотропных слоев с горизонтальными разноориентированными осями симметрии, разработан способ послойного определения упругих постоянных по годографам отраженных Р- и 8-волн без привлечения данных ВСП.

Полученные результаты имеют значение для выработки методики поиска и изучения свойств трещиноватых коллекторов нефти и газа в слоистом разрезе методами МВС.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Горшкалев, Сергей Борисович, Новосибирск

1. Бахаревская Т.М., Бродов Л.Ю., Оболенцева И.Р., Пузырев Н.П. Экспериментальное изучение поляризации обменной волны типа PS, отраженной от наклонной границы раздела // Поперечные и обменные волны в сейсморазведке. М.: Недра, 1967. С. 203-209.

2. Берденникова Н.И. О некоторых проявлениях анизотропии в слоистой среде при работе на поперечных волнах // Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн. Л.: Наука. Ле-нингр. отд-ние, 1959. Вып. 2. С. 187-196.

3. Берденникова Н.И., Куличихина Т.Н. Изучение кинематических и динамических характеристик поперечных и продольных волн в скважинах // Экспериментальные исследования поперечных и обменных волн. Новосибирск: изд-во СО АН СССР, 1962. С. 31-63.

4. Бродов Л. Ю. и др. Анизотропия скоростей сейсмических волн в реальных средах // Совместное использование продольных и поперечных волн в сейсморазведке. М.: ВИЭМС, 1979.

5. Бродов Л.Ю. Применение многоволнового вертикального сейсмического профилирования (ВСП-МВС) для изучения коллекторских свойств осадочных отложений // Бюллетень ассоциации Нефтегаз-геофизика. М.: 1992.- Вып. 4.- С. 20-31.

6. Бродов Л.Ю., 1988, Многоволновая сейсморазведка новый вид геофизических исследований // Геол. и разведка. - 1988. - № 11. -С.61-75.

7. Бродов Л.Ю., Евстифеев В.И., Карус Е.В., Куличихина Т.Н. Некоторые результаты экспериментального изучения сейсмической анизотропии осадочных пород при использовании волн разных типов// Прикладная геофизика. М.: Недра, 1984. - Вып. 109. С. 19-27.

8. Бродов Л.Ю., Ковтун A.A., Тихонов A.A. Некоторые результаты численного моделирования для поперечно-изотропной среды // Физика Земли 1986. - № П. - С. 48-57.

9. Возбуждение поперечных сейсмических волн импульсными источниками / Пузырев H.H., Тригубов A.B., Куликов В.А. и др. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1981. - 190 с.

10. Гурвич И.И. Интерпретация данных сейсморазведки в случае анизотропной среды // Изв. АН СССР. Серия географ и геофиз. 1940. -№5.-С. 108-116.

11. Дорофеева Т.В. Тектоническая трещиноватость горных пород и условия формирования трещинных коллекторов нефти и газа. -М.: Недра, 1986.

12. Дружинин А.Б, Горщкалев СБ., Тригубов A.B. Оценки параметров анизотропии по скоростям упругих волн методом возмущений. // Геология и геофизика. 1996. - том 37 - № 11. - с. 88-104.

13. Егоркина Г.В. Азимутальные изменения скоростей сейсмических волн и трещиноватость горных пород Джавахетского нагорья // Изв. АН Арм. ССР. Науки о Земле. 1986. - Т. 39. - № Г - С. 3141.

14. Егоркина Г.В., Безгодков В.А., Егоркин A.A. Экспериментальное изучение анизотропии скоростей сейсмических волн в кристаллическом фундаменте // Вулканология и сейсмология. 1986. - № 4. -С. 49-58.

15. Егоркина Г.В., Безгоднов В.А. Изучение сейсмической анизотропии верхней части земной коры // Физика Земли. 1987. - № 4. - С. 2829.

16. Жданов СМ. и др. Поперечные волны и их применение в сейсморазведке. // Результаты сейсмических исследований в Сибири. Новосибирск: СО АН СССР, 1976.

17. Кащтан Б.М., Ковтун A.A., Петрашень Г.И. Алгоритмы и методики вычисления полей объемных волн в произвольных анизотропных упругих средах // Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1984. Р. 108-248.

18. Кнорринг Л.Д. О густоте трещин как мере величины напряжений. // Докл. АН СССР. 1965. - Т. 164. - № 1. - С. 25-27.

19. Краснова М.А., Крэмпин С, Бут Д.К., Чесноков Е.М., Тарасов Н.Т., Максимов A.B. Изучение поляризации сейсмических волн в сейсмоактивных районах на примере Гармского полигона // Докл. АН СССР. 1986. - Т. 288. - № 3. - С 582-585.

20. Лапин СИ. Сейсмическая разведка анизотропных сред. -Пермь, 1980. Деп. в ВИНИТИ, № 848-80. 240 с.

21. Лапин СИ., Казанцев В.П., Лунев A.B. Изучение анизотропии упругих свойств пород по материалам ВСП //Геофизические методыпоисков и разведки месторождений нефти и газа. Пермь, 1988. С. 32-36.

22. Лебедева Г.Н., Лебедев К.А., Пузырев H.H. Селекция сейсмических волн по признаку поляризации для источников с горизонтальной направленностью // Методика сейсморазведки. М.: Наука, 1965. -С. 127-135.

23. Лебедев К.А., Болотов Ю.А., Авербух В.И., Воевода В.В. Цифровой трехкомпонентный зонд с гироскопической ориентацией // Многоволновые сейсмические исследования. — Новосибирск. — Наука. — 1987 —с.97-103.

24. Локцик В.В., Полубинский О.И. Изучение особенностей волновых полей поперечных волн // Вопросы теории и интерпретации сейсмических волн. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1975. - С. 228238.

25. Ляховицкий Ф.М., Невский М.В. Анализ анизотропии скоростей сейсмических волн в тонкослоистых периодических средах // Физика Земли. 1970. - № 9. - С. 12-21.

26. Мартынов В.Н. Волновые поля от сосредоточенных источников в трансверсально-изотропных средах // Физика Земли. 1986. - № 2. -С. 19-26.

27. Невский М.В. Квазианизотропия скоростей сейсмических волн. -М.: Наука, 1974.- 178 с.

28. Никольский A.A. К вопросу об обработке PS- и SS- волн в анизотропных средах // Алгоритмические проблемы обработки данных сейсморазведки. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1987. С. 66-79.

29. Никольский A.A. Поляризационная обработка обменных отраженных PS- волн в анизотропных средах // Исследования распространения сейсмических волн в анизотропных средах. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1992. С. 118-129.

30. Оболенцева И.Р. Поляризация поперечных отраженных волн, возбуждаемых направленным источником, на горизонтальной плоскости наблюдений в случае наклонных границ раздела // Методика сейсмических исследований. М.: Наука, 1969.

31. Оболенцева И.Р., Горшкалев СБ. Алгоритм разделения квазипоперечных волн в анизотропных средах. // Физика Земли. 1986. - № 2. -С 101-105.

32. Оболенцева И.Р., Горшкалев СБ., Никольский A.A. Особенности пространственной поляризации поперечных и обменных волн и проблемы их поляризационной обработки // Многоволновые сейсмические исследования. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1987. -С 25-29.

33. Оболенцева И.Р., Гречка В.Ю. Лучевой метод в анизотропной среде (алгоритмы, программы). Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1989.-225 с.

34. Оболенцева И.Р., Данциг Л.Г. Особенности пространственной поляризации проходящих продольных и обменных волн в случае наклонных границ.// Геология и геофизика. 1973. - № 4.- С. 93-102.

35. Оболенцева И.Р., Данциг Л.Г. Поляризация проходящих продольных и. обменных волн в случае наклонных границ // Геология и геофизика. 1971. - № 4. - С. 97-106.

36. Петрашень Г.И. Распространение волн в анизотропных упругих средах. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1980. - 280 с.

37. Поперечные и обменные волны в сейсморазведке. М.: Недра, 1967. -287 с.

38. Продайвода Г.Т. Определение функций распределения ориентации оливина и упругой симметрии дунита по данным ультрозвуковых измерений // Физика Земли. 1994. - № 5. - С. 42-52.

39. Пузырев H.H., Бродов Л.Ю., Ведерников Г.В. Развитие метода поперечных волн и проблема многоволновой сейсморазведки // Геология и геофизика. 1980. -№ 10. - С 13-26.

40. Пузырев H.H., Оболенцева И.Р. Поляризация продольных и обменных отраженных волн на горизонтальной поверхности наблюдений в случае наклонных границ раздела // Поперечные и обменные волны в сейсморазведке. М.: Недра, 1967. С. 171-202.

41. Пузырев H.H., Оболенцева И.Р., Тригубов A.B., Горшкалев СБ. Экспериментальные исследования анизотропии скоростей в осадочных отложениях по наблюдениям на поперечных волнах // Геология и геофизика. 1983. - № 2. - С. 8-19.

42. Рац М.В. Неоднородность горных пород и их физических свойств. -М.: Наука, 1968.

43. Ризниченко Ю.В. О сейсмической квази-анизотропии // Изв. АН СССР. Серия географ и геофиз. 1949. - Т. 13. - № 6. - С. 518-544.

44. Рытов СМ. Акустические свойства мелкослоистой среды // Акустический журнал. 1956. - Т. 2. - № I. - С 71-83.

45. Сибиряков Б.П. Структура порового пространства и упругие свойства малопористых трещиноватых сред // Геология и геофизика.- 1996.-Т. 3 7 . № 9 . - С . 146-155.

46. Сибиряков Б.П., Максимов Л.А., Татарников М.А. Анизотропия и дисперсия упругих волн в слоистых периодических структурах. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1980. 70 с.

47. Смехов Е.М. Закономерности развития трещиноватости горных пород и трещинные коллекторы. Тр. ВНИГРИ, 1961. Вып. 172.

48. Топалэ В.И. Метод оценки характеристик напряженного поля на основе эффекта сейсмической анизотропии (на примере Карпатского региона) // Изв. АН МССР. Серия физ.-техн. и мат.н. 1988. -№ Г - С. 47-54.

49. Тригубов А.В., Горшкалев СБ. О влиянии тектонического нарушения на характер скоростной анизотропии осадочных пород // Физика Земли. 1986. - № П. - С. 94-100.

50. Тригубов А.В., Горшкалев СБ. Экспериментальное исследование анизотропии осадочных пород с использованием скважинных наблюдений // Математические проблемы интерпретации данных сейсморазведки. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. Р. 206-217.

51. Федоров Ф.И, Теория упругих волн в кристаллах. М.: Наука, 1965. -386 с.

52. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М. :Мир, 1975.-534 с.

53. Чесноков Е.М. Сейсмическая анизотропия верхней мантии. М.: Наука, 1977.- 144 с.

54. Шульц СС Планетарная трещиноватость и ориентировка некоторых линейных форм рельефа // Основные проблемы изучения четвертичного периода. М.: Наука, 1965. - С. 75 - 94.

55. Юшин В.И. Техническое устройство и результаты применения сейсмического комплекса "Вибролокатор" // Развитие сейсмических методов исследований земной коры и верхней мантии в Сибири. — ИГиГ СО АН СССР.

56. Новосибирск. — 1981. — С. 94 106.

57. Aleksandrov K.S., Prodayvoda G.T. The study of elastic symmetry and anisotropy of elastic body waves in gneiss // Geophys. J. Int. 1994. -V. 119.-P. 715-728.

58. Alford R. Shear data in the presence of azimuthal anisotropy: Dilley, Texas // 56th Ann. Intern. Mtg., Soc. Explor. Geophys. 1986. - Expanded Abstracts. - P. 476-479.

59. Ando Masataka, Crampin S., Booth D . C , Redmayne D. A study of anisotropy beneath Great Britain using the polarization of teleseismic shear-waves recorded by BGS/UKNET // J.Phys. Earth. 1987. - V. 35 - № 6. -P. 469-485.

60. Backus G.E. Long-wave elastic anisotropy produced by horizontal layering // J.Geophys.Res. 1962. - V . 67 - № 1. - P. 4427-4440.

61. Booth D.C., Crampin S., Evans R., Roberts G. Shear-wave polarizations near the North Anatolian Fault, I: Evidence of anisotropy induced shear-wave splitting // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1985 - V. 83. - № 1. - P .67-73.

62. Booth D.C., Schleper S., Orampin S., Ochmann N., Wohlenberg J. Shear-wave splitting observations on Milos, Greece // Geothermics -1989. V. 18. - № 4. - P. 597-610.

63. Booth. D.C., Crampin S., Chesnokov E. M., Krasnova M. A. The effects of near-vertical parallel cracks on shear-wave polarizations // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1986.- V. 87. - № 2. - P. 583-594.

64. Brodov L. J., Ryjkov V. L Exclusion Of The Seismic Signal Distortions In Overburden On 3-C Data Processing, Glasgow, 1995, 57* Conference and Technical Exibition.

65. Brodov L.Yu., Tikhbnov A.A., Chesnokov E.M., Tertychnyi V.V., Zat-sepin S.V. Estimating physical parameters of porous cracked oil reservoirs by inverting shear-wave splitting // Geophys. J. Int. 1991. -V. 107.-P. 428-432.

66. Buchbinder Goetz G.R. Shear-wave splitting and anisotropy in the Charleroix seismic zone, Quebec // Geophys. Res. Lett. 1985. - V. 12. -№7.-P. 425-428.

67. Chen Tian-Chag, Booth D.C., Crampin S. Shear-wave polarizations near the North Anatolian Fault. 3D Observations of temporal changes // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1987. - V. 91. - № 2. - P. 287-311.

68. Crampin S. A review of wave motion in anisotropic and cracked elastic media // Wave motion. 1981. - V. 3. - P. 343-391.

69. Crampin S. Anisotropy and transverse isotropy // Geophys. ProsP. -1986.-v. 34.-№l.-P. 94-99.

70. Crampin S. The geological and industrial implications of extensive-dilatancy anisotropy // Geofiz. kozl. 1988. - V. 34. - № 1. - P. 83-99.

71. Crampin S., Bush I. Shear waves revealed: extensive dilatancy anisotropy confirmed // 56th Ann. Intern. Mtg., Soc. Explor. Geophys. 1986. -Expanded Abstracts. - P. 481-484.

72. Crampin S., Lovell J.H. A decade of shear-wave splitting in the Earth's crust: what does it mean? What use can we make of it? And what should we do next? // Geophys. J. Int. 1991. - V. 107. - № 3. - P. 387-407.

73. Crampin S., Yedlin M. Shear-wave singularities of wave propagation in anisotropic media // J. Geophys. 1981. - V. 49. - P. 43-46.

74. Doyle M., Crampin S., McGonigle R., Evans R. Inversion of arrival times in a region of dilatancy anisotropy // Pure and Appl. Geophys. -1985. V. 123 - № 3. - P. 375-387.

75. Eshelby J.D. The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion, and related problems // Proc. Roy. Soc. London, 1957, Ser.A, V. 241. P. 376-396.

76. Gorshkalev S.B., Karsten W.Y. Modification of layer stripping technique for strong anisotropy. // Extended Abstracts of EAEG 57th conference. Vol 1.P025. Glasgow 1995.

77. Gorshkalev S.B., Karsten W.V. Determining of elastic moduli in multilayered transversely isotropic media with horizontal symmetry axes. // Extended Abstracts of EAEG 58th conference. Vol 1. P146. Amsterdam 1996.

78. Hudson J.A. Overall properties of a cracked solid // Proceeding of the Cambridge Philosophical Society, Mathematical. 1980. - V. 88. -P. 371-384.

79. Hudson J.A. A higher order approximation to the wave propagation constants for a cracked solid // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1986. -V. 87 - P.265-274.

80. Hudson J.A. Wave speeds and attenuation of elastic waves in material containing cracks // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1981. - V. 64. -P. 133-150.

81. Igel H., Crampin S. Extracting shear-wave polarizations from different sources orientations,-synthetic modelling // J. Geophys. Res. 1990. -V. 9 5.-P. 11283-11292.

82. Jolly R.N. Investigation of shear waves // Geophysics. 1956. - V. 21 -№4.-P. 905-938.

83. Kaneshima Satoshi, Ando Masataka, Crampin S. Shear-wave splitting above small earthquakes in the Kinki district .of Japan // Phys. Earth and Planet. Inter. 1987. - V. 45. - № 1. - P. 45-58.

84. Karsten W.Y., Gorshkalev S.B. Layer stripping technique for multicomponent surface seismics. // Extended Abstracts of EAEG 58th conference. Vol 1. P009. Amsterdam 1996.

85. Leary P.O., Li Y.-G., Aki K. Observation and modelling of fault-zone fracture seismic anisotropy. 1. P, SV and SH travel times // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1987. - V . 91. - №2 . - P. 461-484.

86. Lyakhovitskiy P.M. Determination of elastic parameters of transversely isotropic media by seismic techniques // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. -1987. V. 91. - № 2. - P. 459-447.

87. Lyakhovitsky P.M., Brodov L.Y. Interpretation of seismic anisotropy parameters // SO 53rd Meet, and Techn. Exhib., Florence, 26-30 May, 1991: Techn. Programme and Abstr. Pap. (Oral and Poster

88. Presentat.)/Eur. Assoc. Explor. Geophys., Zeist, 1991, P. 556-557, ISBN 90-73 781-03-5

89. MacBeth C, Crampin S. Processing of seismic data in the presence of anisotropy // Geophysics. 1991. - V. 56. - № 9, - P. 1520-1550.

90. Martin Marshall A., Davis Thomas L. Shear-wave birefringence: a new tool for evaluating fractured reservoirs // Geophys.: Leading Edge Explor. 1987. - V. 6. - № 10. - P. 22-28.

91. Naville Ch. Detection of anisotropy using shear-wave splitting in VSP surveys: requirements and applications // 56th Ann. Intern. Mtg., Soc. Explor. Geophys. 1986. - Expanded Abstracts. - P. 481-484.

92. Nishizava O., Seismic velocity anisotropy in medium containing oriented cracks transversely isotropic case. // Journal of Physics of the Earth. -1982.-V. 30.-P. 331-347.

93. Postma G.W. Wave propagation in a stratified medium // Geophysics. -1955. V. 20. - № 4. - P. 780-806.

94. Puzyrev N.N., Obolentseva I.R., Trigubov A. V., Gorshkalev S.B. On the anisotropy of sedimentary rocks from shear-wave analysis // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1984. - V. 76. - P. 243-252.

95. Rivera L., Nino F. Quasi-S wave singularities in anisotropic elastic media // Annales Geophysicae. P.I. Supplement to V. 10. 1992. - P. 44.

96. Roberts G., Crampin S. Shear-wave polarizations in a hot dry rock geo-thermal reservoir: anisotropic effects of fractures // Inf. J. Rock Mech. and Mining Sci. and Geomech. Abstr. 1986. - v.23. - №4. - P. 291302.

97. Thomson L. Reflection seismology over azimuthally anisotropic media// Geophysics. 1988. - V . 53. - P. 304-313.

98. Trigubov A.V., Gorshkalev S.B. Seismic observations of the anisotropy of sediments // Physics of the Eath and planetary interiors. 1988. -V. 51.-P. 93-100.

99. White J.E., Heaps S.H., Lawrence P.L. Seismic waves from a horizontal force // Geophysics. 1956. - V. 21. -№ 3.

100. Winterstein D.F., Meadows M.A. Changes in shear-wave polarization azimuth with depth in Cymric and Railroad Gap oil fields // Geophysics. -1991 .-V. 56.-№9.-P. 1349-1364.

101. Winterstein D.F., Meadows M.A. Shear-wave polarization and subsurface stress directions at Lost Hills field // Geophysics. 1991. - V. 56. -№9.-P. 1331-1348.