77

Технологии сейсморазведки, № 4, 2016, с. 77–83 http://ts.sbras.ru

doi: 10.18303/1813-4254-2016-4-77-83 УДК 550.83.04

РЕЗУЛЬТАТЫ ЛУЧЕВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ – ОСНОВА ВЫБОРАОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ СЕЙСМИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

Д.А. ЛитвиченкоООО “Газпромнефть НТЦ”, 625048, Тюмень, ул. 50 лет Октября, 14, Россия, e-mail: Litvichenko.DA@gazpromneft-ntc.ru

В статье рассмотрен пример выбора параметров системы сейсмических наблюдений в сейсмогео-логических условиях Западной Сибири. Привлечение технологии лучевого моделирования позволило определить оптимальные параметры сейсмической съемки в соответствии с поставленными геолого-геофизическими задачами, что позволяет повысить ценность регистрируемых сейсмических данных за счет их соответствия требованиям современных технологий, применяемых на этапе обработки и ин терпретации.

Сейсморазведка 3D, проектирование съемок, лучевое моделирование

RAY MODELING RESULTS – THE BASISOF ACQUISITION SYSTEM OPTIMAL PARAMETERS SELECTION

D.A. LitvichenkoLLC Gazpromneft STC, 50 Let Oktyabrya str., 14, Tyumen, 625048, Russia, e-mail: Litvichenko.DA@gazpromneft-ntc.ru

The article presents an example of acquisition system parameters selection for seismic and geological conditions of Western Siberia. The ray tracing technology allowed to determine optimal seismic survey parameters in order to address the particular geophysical objectives. Optimal parameters of acquisition system enhance the value of the recorded seismic data due to the conformity to the requirements of modern processing and interpretation technologies.

Seismic survey 3D, survey design, ray modeling

Стремительное развитие технологий интерпрета-ции и обработки сейсмических данных продиктовано необходимостью непрерывно расширять спектр реша-емых задач на этапе камеральных работ. Прежде всего, это обусловлено стремлением изучения все более слож-ных объектов исследования, в качестве которых чаще всего выступают маломощные коллекторы, залегающие на больших глубинах в сравнении с традиционно раз-рабатываемыми интервалами применительно к кон-кретно взятому региону. Кроме того, активно исследу-ются регионы с широко развитой дизъюнктивной тек тоникой в виде проявления трапповых полей (Вос-точная Сибирь), соляно-купольной тектоникой (Орен-бургская область), развивается направление поиска месторождений на шельфе и в транзитной зоне. Гео-логические задачи, требующие решения в сложных сейсмогеологических условиях, дали толчок широкому распространению и внедрению новых технологий ди-намической интерпретации, успешность которых на-прямую зависит от качества и, что не менее важно, от количества сейсмической информации, наряду с на-личием петрофизических предпосылок применения того или иного метода.

Сейсморазведочные работы (СРР) условно можно разделить на несколько хронологически-разнесенных этапов, неоптимальность выполнения каждого из ко-торых отражается в нарастающей погрешности в по-следующих. В основе СРР находится этап проектиро-вания системы наблюдения. Существует высокий риск выбора неоптимальных параметров системы сейсми-

ческих наблюдений, особенно в новых для компании регионах, и, как следствие, либо нерациональное ис-пользование денежных средств, отведенных на прове-дение полевых работ, либо повышение риска получе-ния данных, не позволяющих применить новейшие технологии интерпретации, что в конечном итоге ска-жется на достоверности геологической модели. Следо-вательно, уже на этапе проектирования систем наблю-дения необходимо ориентироваться на требования и ограничения алгоритмов, которые будут применяться на этапах обработки и интерпретации данных, чтобы с их учетом заложить необходимые параметры в систе-му наблюдений.

Традиционный подход к проектированию системы наблюдения в сейсмогеологических условиях Западной Сибири заключается в выборе размера активной рас-становки, основанном на условии равенства значения максимального удаления в направлении линии приема значению глубины целевого интервала. При таком под-ходе к проектированию не рассматриваются особен-ности геологического строения исследуемого участка, а именно структурный план отражающих горизонтов (углы залегания) и распределение скоростей упругих волн в среде, а также не учитываются требования к количеству сейсмической информации, выдвигаемые современными технологиями интерпретации. Соответ-ственно, сделать заключение об оптимальности подо-бранных параметров можно только после регистрации некоторого объема сейсмических данных, выполнения экспресс-обработки и последующего контроля доста-

© Д.А. Литвиченко, 2016

78

точности материала для решения поставленных перед съемкой геологических задач. На данном этапе про-ведения сейсморазведочных работ решение об измене-нии параметров системы наблюдений принимается крайне редко и гарантированно сопровождается до-полнительными финансовыми затратами.

Применение на этапе проектирования технологии лучевого сейсмогеологического моделирования для обоснования оптимальности параметров системы на-блюдения в определенных сейсмогеологических усло-виях является относительно дешевым с точки зрения времени “машиносчета”, и в то же время корректным способом повышения результативности сейсморазве-дочных работ. Использование технологии лучевого моделирования в рамках определенной сейсмогеоло-гической модели позволяет подобрать оптимальные параметры системы наблюдения, такие как размер активной расстановки (максимальное удаление), рас-стояние между линями приема/возбуждения, номи-нальная кратность. Условно принцип данного вида моделирования заключается в расчете каждого луча как последовательности точек, располагающихся по нор-мали к фронту волны. Вычисление каждой трассы луча проводится независимо друг от друга. Оценивается время прохода лучей от источника к приемнику через слоистую среду с учетом скоростных характеристик и структурных особенностей среды [Фиников и др., 2016]. Таким образом, технология лучевого моделиро-вания дает возможность определить, куда придет фронт отраженной волны при возбуждении в конкретной точке площади исследования.

Преимуществом лучевого моделирования помимо минимальных затрат на время счета и, как следствие, возможности его реализации на ПК, является возмож-ность отдельно моделировать полезные отраженные волны от тех или иных целевых границ довольно сложной формы. В то же время, данный вид модели-рования не может быть использован для прогнозиро-вания динамических эффектов. Соответственно, для получения практически значимых результатов лучево-го моделирования необходимо и достаточно наличие информации о распределении скоростей продольных волн в среде, структурном плане и глубинах залегания основных отражающих горизонтов.

В большинстве своем современные сейсморазве-дочные работы методом общей глубинной точки (МОГТ) 3D выполняются на ранее изученных участках как минимум съемками 2D, проведенными на этапе разведочных работ. Следовательно, результаты струк-турной интерпретации, выполненные по априорным данным, могут быть использованы в качестве фактуры для построения геолого-геофизической модели иссле-дуемого участка. Первичное представление о распре-делении скоростных характеристик в среде может быть получено на основании информации о скоростях суммирования продольных волн, оцененных на этапе обработки сейсмических данных прошлых лет. Более точные данные, такие как результаты исследования методом вертикального сейсмического профилирова-ния (ВСП) или информация по материалам волнового акустического каротажа, в случае их наличия, должны учитываться при построении модели. Анализ парамет-ров системы наблюдения в зависимости от геологиче-ской модели среды с привлечением технологии луче-вого моделирования позволяет оценить следующие характеристики:

• освещенность сложнопостроенных участков гео-логической среды (крутозалегающие отражающие го-ризонты, пликативные либо дизъюнктивные наруше-ния, интрузивные тела);

• зависимость угла отражения продольной волны от рассматриваемой границы в зависимости от удале-ния источник–приемник;

• номинальная кратность съемки, основываясь на значениях эффективной кратности на целевых гори-зонтах;

• распределение трасс по азимутам и удалениям;• границы и площадь полигона сейсморазведоч-

ных работ 3D с учетом зоны полной кратности и апер-туры миграции.

Под понятием эффективной кратности подразуме-вается количество трасс в единичной подборке общей средней точки (ОСТ), содержащее сигнальную компо-ненту волнового поля. Данный параметр рассчитыва-ется для каждого отражающего горизонта и зависит непосредственно от геологического строения среды [Горбачев, 2012; Литвиченко, 2016].

Далее в работе на примере одного из месторожде-ний Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции будут рассмотрены примененные технологические подходы и результаты проекта, целью которого явля-ется определения оптимальных параметров системы сейсмических наблюдений. На рассматриваемой пло-щади планируемые сейсморазведочные работы направ-лены, в первую очередь, на детальное изучение отло-жений юрского времени, характеризуемых глубинами залегания в окрестности отметки –2800 м от уровня моря. В качестве перспективного объекта выступают отложения палеозойского времени, залегающие на глубине – 3400 м.

Для целевого и перспективного интервалов ис-следования определены геолого-геофизические задачи, стоящие перед сейсморазведочным методом:

• детализация структурного плана и как след-ствие – выделение малоразмерных объектов;

• определение параметров фильтрационно-емкост-ных свойств;

• разделение целевого интервала на литотипы;• анализ эффектов анизотропии и как следствие –

локация зон трещиноватости.Решение поставленных задач подразумевает на-

личие широкоазимутальных сейсмических данных, необходимых для оценки азимутально зависимых ки-нематических и динамических эффектов волнового поля. Следовательно, на этапе обработки сейсмодан-ных для минимизации степени погрешности при вос-становлении динамической составляющей волнового поля рекомендовано выполнение полноазимутальной миграции в глубинной области. Азимутальные изме-нения в скоростях и амплитудах отраженных волн традиционно ассоциируются с наличием азимутальной анизотропии в среде, что, в свою очередь, вероятнее всего, приурочено к наличию напряжений и трещин в породе.

Для оценки упругих параметров среды на этапе интерпретации необходимым условием является вы-полнение технологии синхронной упругой AVO/AVA-инверсии, а также азимутально-зависимой упругой AVAZ-инверсии, которая направлена на определение характеристик коллектора, ориентации и интенсив-ности трещин и напряжений, а также плотности сис-темы трещин.

79

Необходимо отметить, что исследуемый район характеризуется наличием сложнопостроенной верхней части разреза (ВЧР). В данном регионе ВЧР осложне-на мозаично представленным по площади слоем мно-голетнемерзлых пород, что является высокоскоростной аномалией на фоне значений скоростей во вмещающей толще пород, а также зонами сквозных протаек. В гра-фе обработки сейсмического материала для корректно-го восстановления структурного плана на стадии учета влияния скоростных неоднородностей ВЧР традици-онно в данном регионе применяется методика заме-щения слоя.

Совокупность требований и критериев успешного применения обозначенных технологий определила тре-бования к качеству и количеству сейсмического мате-риала, которые представлены в таблице в виде опти-мальных и минимально допустимых значений, ха рак-теризующих объем регистрируемого сейсмического материала.

Следует уточнить, что угол раскрытия – это угол отражения продольной волны, зарегистрированной активной расстановкой, от объекта исследования.

Высокие требования к качеству и количеству сейс-мического материала определили необходимость при-менения технологии лучевого моделирования для вы-бора оптимальных параметров съемки. На основе ана- лиза результатов ранее выполненных исследований,

обобщения имеющихся скважинных, сейсмических данных и структурных карт выполнено построение геолого-геофизической 3D-модели исследуемого участ-ка в пластовом приближении (рис. 1).

На данном этапе выполнена оценка корректности построенной модели, опираясь на отчетную информа-цию по проекту обработки и интерпретации сейсми-ческих материалов, полученных на смежной площади в схожих сейсмогеологических условиях. Сопоставле-ние оцененных на соседней площади зависимостей угла раскрытия от удаления источник–приемник вдоль отражающего горизонта (ОГ) U0, приуроченного к кровле баженовской свиты (кровля юрских отложе-ний), и рассчитанных по пластовой модели рассмат-риваемого участка исследования, показало хорошую корреляцию. Результаты данной оценки позволили сделать вывод о корректности аппроксимации геоло-гической среды рассматриваемого участка толстосло-истой модели с константным распределением интер-вальных скоростей продольных волн в пластах.

На следующем этапе выполнен анализ устойчиво-сти оцененных зависимостей угла раскрытия от удале-ния в зависимости от объема исходной информации и, как следствие, детальности исходной модели. По-мимо основной 3D скоростной модели с единой инте-гральной оценкой значений интервальных скоростей в пластах были построены дополнительные две модели:

Требования к качеству и количеству сейсмических данных

Условие Минимальное значение

Оптимальное значение

Целевой интервал должен быть представлен данными с углами раскрытия ≥ 35° 45–50°Наличие сейсмического материала, позволяющего выполнить построение кубов частично кратных азимутально зависимых сумм

6 подборокс кратностью 6

12 подборок с кратностью 8

Верхний опорный горизонт (ВОГ) должен быть уверенно коррелируем Эффективная кратность 6

Эффективная кратность 8

По ВОГ должны однозначно определяться спектры скоростейАспектное соотношение не менее 0.7 (отношение размера расстановки в X-, Y-направлениях) – широкоазимутальная съемка

Рис. 1. Толстослоистая модель 3D участка исследования (ОГ U0 – кровля юрских отложений, ОГ А – кровля палео-зойских отложений).

80

1. 3D-скоростная модель, учитывающая структур-ный план основных ОГ, а также латеральные и верти-кальные флуктуации интервальных скоростей. За ос-нову взята глубинно-скоростная модель интервальных скоростей, полученная на этапе глубинной обработки;

2. 3D-скоростная модель в 1D приближении: в каче стве исходной информации взяты интервальные скорости, оцененные по результатам ВСП. Данная мо дель не учитывает структурный фактор отражающих горизонтов.

При оценке углов раскрытия получены результаты сопоставимые в пределах погрешности 5 % по всем трем видам моделей. Сделан вывод о представитель-ности результатов выполненного анализа углов рас-крытия в рамках каждой из моделей.

Задача корректного учета кинематических анома-лий в ВЧР напрямую зависит от плотности системы наблюдения и эффективной кратности на верхнем опорном горизонте. Шаг между пунктами приема и возбуждения (ПП, ПВ) и, соответственно, размер бина с точки зрения технологии лучевого моделирования никак не рассматривается. Согласно рекомендациям, предложенными авторами публикаций [Vermeer, 2002; Galbraith, 2004], выбор размера бина определяется тремя аспектами.

1. Геологический объект можно однозначно иден-тифицировать в волновым поле при условии его по-крытия минимум тремя бинам и которые вычисляют-ся по следующей формуле:

,3l

xΔ =

x – размер бина, l – размер структурного элемента по латерали.

2. Максимальная частота отраженного сигнала в интервале исследования напрямую зависит от погло-щающих свойств геологической среды (описывается

коэффициентом затухания Q) и характеристик источ-ника возбуждения упругого сигнала. В зависимости от угла залегания отражающего горизонта частота отра-женных волн, зарегистрированных приемной расста-новкой без эффекта алиасинга (эффект наложения спектра), зависит от размера бина в виде:

( )max max

,4 sinunaliased dip

Vx

FΔ =

∗ ∗ θint

где Fmax unaliased – максимальная частота отраженного сигнала, не подверженная эффекту алиасинга, θmax dip – максимальный угол наклона ОГ, Vint – ин-тервальная скорость продольных волн.

3. Наибольшее волновое числе (K ), которое может быть корректно дискретизировано без алиасинга, оп-ределяется в виде:

1

.4

Kx

=∗ Δ

Выполнение последнего условия обеспечивает регистрацию низкоскоростных волн-помех (поверх-ностные волны) без эффекта алиасинга, что значитель-но повышает вероятность их подавления без искаже-ния полезного сигнала на стадии обработки.

Горизонтальная разрешающая способность сейс-моразведки определяется радиусом первой зоны Фре-неля, величина которой зависит от формы отражаю-щей границы и характеристик сейсмического сигнала. В слу чае горизонтального залегания сейсмической гра-ницы радиус первой зоны Френеля зависит от глубины рассматриваемого отражающего горизонта и длины волны. Соответственно, на этапе проектирования для прогноза латеральной разрешенности необходимо на-личие информации о значении доминантной частоты сейсмического сигнала в интервале исследования, которое зависит от добротности (оценивается по ре-

Рис. 2. Скатерограмма распределения кратности в бинах по верхнему опорному горизонту. Шаг ПП, ПВ: 50 м. Шаг ЛПП × ЛПВ:

а – 400 × 400, б – 300 × 300, в – 200 × 200.

81

зультатам ВСП) и доминантной частоты генерируемо-го сигнала (определяется в процессе опытно-методи-ческих работ (ОМР), направленных на выбор опти-мальных параметров возбуждения). В сейсмогеологи-ческих условиях рассматриваемого региона размер бина традиционно принимается равным 25 м.

Как уже было отмечено ранее, технология при-менения лучевого моделирования при проектировании параметров сейсмической съемки позволяет оценить значение эффективной кратности вдоль горизонта, в частности на ВОГ. В данном исследовании выполнен анализ параметра эффективной кратности на ВОГ в зависимости от шага по линиям приема и возбуждения.

Выполнено моделирование съемок с шагом по линиям 300, 400 и 500 м (рис. 2). Шаг между линиями пунктов приема (ЛПП) принят равным шагу по линиям пунк-тов возбуждения (ЛПВ), для обеспечения равномернос-ти распределения трасс в зависимости от удаления в направлении инлайна, кросслайна.

Максимальное удаление ограничено значением, соответствующим углу раскрытия 30°, что обеспечи-вает корректность оценки скоростей суммирования без влияния анизотропных эффектов среды (рис. 3). Мью-тинг кинематической растяжки, зачастую используе-мый по умолчанию для оценки значения эффективной кратности, является субъективной оценкой, поскольку

Рис. 3. Оценка максимального удаления в бинах на ВОГ:

а – карта глубины залегания верхнего опорного горизонта, б – карта максимальных значений удалений в бинах при фик-сированном угле раскрытия 30°, в – карта значений максимального удаления в бинах с учетом мьютинга кинематической растяжки в 20 %.

82

мьютинг на этапе обработки данных применяется по-сле миграции и, как правило, не зависит от процента кинематической растяжки. Установлено, что шаг по линиям приема и возбуждения, равный 300 м, удовле-творяет минимальным требованиям к кратности на ВОГ для устойчивой оценки интервальных скоростей в верхнем интервале разреза.

Успешность применения современных технологий динамической интерпретации, в частности упругой синхронной азимутально зависимой инверсии, напря-мую зависит от количества сейсмической информации и петрофизических предпосылок для использования технологии инверсии. Приведенные в данной статье критерии (см. таблицу) основаны на опыте выпол-нения инверсионных преобразований на соседних с рассматриваемой площадях. Применение технологии лучевого моделирования позволило определить зави-симость угла раскрытия от удаления для каждого из объектов исследования, что послужило критерием при выборе размера активной расстановки. Установлено, что удаление 3600 м в направлении ЛП и ЛВ обеспе-чивает углы раскрытия для интервала юрских отложе-ний 42–44°, в то же время в интервале палеозойских отложений сейсмическая информация присутствует на углах вплоть до 34–35° (рис. 4).

Применение технологии лучевого моделирования позволило уточнить контур и размеры полигона участ-ка исследования, учитывая величину апертуры мигра-ции [Bouska, 2015]. Опираясь на опыт обработки сейс-мических материалов на смежных площадях, величина угловой апертуры миграции была принята равной 60°.

Таким образом, в сейсмогеологических условиях рассматриваемой площади оптимальными параметрами геометрии сейсмической съемки являются ортогональ-

ная система наблюдения (наиболее технологичная) с максимальным удалением в направлении ЛПП и ЛПВ 3600 м, с шагом по линиям 300 м, шаг по ПП, ПВ – 50 м. Система наблюдения с перечисленными парамет-рами характеризуется значением номинальной крат-ности 144, что при пересчете в параметры эффективной кратности для рассматриваемых интервалов удовлетво-ряет обозначенным минимальным критериям кратнос-ти азимутальных/угловых подборок за счет формиро-вания угловых подборок с перекрытием.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На этапе проектирования сейсмической съемки привлечение технологии моделирования в лучевой по-становке позволяет подобрать и математически обос-новать оптимальные параметры системы сейсмических наблюдений в заданных сейсмогеологических услови-ях объектов исследования. В настоящей статье показа-но использование технологии лучевого моделирования с целью определения ключевых параметров сейсмиче-ской съемки, таких как: размер активной расстановки, шаг по линиям приема/возбуждения, номинальная крат ность. Окончательный дизайн-проект сейсмичес кой съемки формируется по совокупности информации:

• размер активной расстановки, шаг по линиям приема/возбуждения, номинальная кратность съем-ки – определение с привлечением технологии лучево-го моделирования;

• шаг по пунктам приема/возбуждения, который оценивается по совокупности априорной информации;

• параметры приема/возбуждения, выбор которых осуществляется по результатам опытно-методических работ;

• контур площади исследования, который уточня-ется с учетом апертуры миграции; параметр линейной

Рис. 4. Оценка значений максимального удаления при фиксированных углах раскрытия для целевого и перспектив-ного интервалов исследования. ОГ U0 – кровля юрских отложений; ОГ А – кровля палеозойских отложений; верхний горизонт в модели соответствует поверхности наблюдения.

83

апертуры миграции определяется с помощью техноло-гии лучевого моделирования.

Оптимальные параметры системы наблюдения позволят повысить ценность регистрируемых сейсми-ческих данных за счет их соответствия требованиям современных технологий, применяемых на этапе об-работки и интерпретации. Соответственно, геометрия/конфигурация системы наблюдения оказывает прямое влияние на результаты и возможность решения по-ставленных геологических задач, что в конечном ито-ге является залогом построения достоверной геологи-ческой модели.

Литература

Литвиченко Д.А., Сорокин А.С., Назыров Д.Д. Применение технологии лучевого моделирования при проектировании системы сейсмических наблюдений 3D в сейсмогеологи-ческих условиях Западной Сибири // “Геомодель-2016”: Тез. 18-й науч.-практ. конф. по вопросам геологоразведки

и разработки месторождений нефти и газа (Геленджик, 12–15 сент. 2016 г.). 2016.Горбачев С.В., Губарев М.В., Дердуга А.В., Титов А.Б. Применение сейсмогеологического моделирования при проектировании 3D сейсмической съемки в сложных гео-логических и орогидрографических условиях // Техноло-гии сейсморазведки. 2012. № 4. С. 67–75Фиников Д.Б., Каплан С.А., Лебедев Е.Б., Шалашни-ков А.В. Прямые задачи в обработке и интерпретации сейсмических данных // “Через интеграцию геонаук – к постижению гармонии недр”: Тез. 7-й междунар. геол.-геофиз. конф. и выст. (Санкт-Петербург, 11–14 апр., 2016). 2016.Bouska J. Integrated Seismic Acquisition and Processing // “Education days Moscow-2015” (Moscow, 19–20 nov., 2015). 2015.Galbraith M. A new methodology for 3D survey design // SEG Ann. Mtg. 2004.Vermeer G.J.O. 3-D seismic survey design / Geophys. Ref. Series, SEG. 2002. N. 12. 205 p.

Статья поступила в редакцию 26 октября 2016 г.,в окончательном варианте – 18 ноября 2016 г.

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

ЛИТВИЧЕНКО Дмитрий Александрович – главный специалист отдела оперативного сопровождения СРР, ООО “Газпромнефть НТЦ”.