Общая характеристика работы.
Настоящая диссертационная работа содержит результаты исследований по разработке и совершенствованию технологии интегрированного сейсмоформационного паспорта для решения задач районирования слабоизученных осадочных бассейнов по типам геологического разреза.
Под интегрированным сейсмоформационным паспортом (ИСФП) понимается собранная по исследуемой территории совокупность всех прошедших редактирование сейсмических трасс временных или/и мигрированных глубинных сейсмических разрезов, построенная в виде линейной последовательности по нарастанию или убыванию временной или глубинной мощности целевого интервала разреза, а также по характеризующей эту последовательность трасс совокупности сейсмоформационных и сейсмофациальных параметров и сейсмических атрибутов. Вследствие своей линейной структуры ИСФП обеспечивает непосредственное выявление латеральных рядов типов разреза, сейсмоформаций, сейсмофаций, сейсмоциклических толщ и других геологических тел на основе развитых средств сейсмостратиграфического и сейсмоформационного анализа.
Актуальность проблемы.
Наращивание геолого-геофизической изученности территорий России является важнейшим фактором, определяющим экономический рост страны — признанного мирового лидера в нефтегазовой области.
Однако на уровне современной изученности РФ существуют еще гигантские слабо изученные территории (Восточная Сибирь и др.) и акватории (арктические, северные и восточные), требующие геологического изучения и районирования.
Наряду с этим, и по старым нефтегазоносным районам к слабо изученным следует отнести отложения глубоких интервалов разреза — палеозоя, кембрия и докембрия, венда и рифея. И здесь задача изучения и районирования этих древних отложений остается такой же актуальной, как и многие годы назад [12−15,23].
Решение задач районирования традиционными методами требует огромных финансовых вложений и, наряду с этим, значительного времени. Поэтому особую актуальность в последнее время приобретают инновационные технологии, способствующие сокращению времени и экономических затрат на решение этих задач. Именно такой и является инновационная технология ИСФП.
Основные защищаемые положения.
1. «Интегрированный сейсмоформационный паспорт» (ИСФП), включающий все имеющиеся по бассейну сейсмические трассы, упорядоченные по единым структурным и динамическим критериям, обеспечивает надежное выделение основных типов геологического разреза и является наиболее полной сейсмической характеристикой нефтегазоносного бассейна.
2. Технология районирования относительно слабоизученных территорий и акваторий на основе ИСФП реализуется путём:
• сбора и упорядочиванием всех имеющихся на территории сейсмических трасс по единым структурным критериям даже при использовании мало детальных структурных карт региональных этапов ГРР;
• выделения типов разреза при помощи СВАН-технологий и корреляционной матрицы ИСФП по пересекающим эти типы региональным сейсмическим профилям, детальность наблюдений на которых не уступает поисковой и разведочной.
3. Применение технологии районирования по типам геологического разреза на основе ИСФП территорий Западной Сибири, Дальнего Востока, а также акваторий Чукотского и Южно-Китайского морей по материалам различной плотности — от региональных до детальных наблюдений ЗБ — свидетельствует о её геологической эффективности на различных этапах ГРР.
Цель и задачи работы.
Целью настоящей работы является исследование и разработка технологии интегрированного сейсмоформационного паспорта (ИСФП) для решения задач районирования слабоизученных осадочных бассейнов по типам геологического разреза.
С момента создания технологии ИСФП, в разработке которой автор принимал непосредственное участие, проводилась ее апробация на реальных сейсмических материалах, полученных в различных регионах РФ и при ГРР разной степени детальности: рекогносцировочных, региональных, поисковых и разведочных (ЗЭ).
Геологическая эффективность этого эвристического опробования ИСФП имела существенную «флуктуацию»: в некоторых регионах районирование территорий по ИСФП полностью соответствовало традиционному геологическому районированию по всей совокупности геолого-геофизических данных, в других такое соответствие не достигалось.
Анализ этих разнородных ситуаций показывал, что причинами снижения эффективности применения ИСФП могут служить:
• сложное геологическое строения обследуемого региона (бассейна), в частности, неоднородность седиментации в различных его частях,.
• существенное влияние конседиментационного и постседиментационного тектогенеза, нарушающего и осложняющего морфологию и внутреннюю структуру седиментационных тел,.
• неблагоприятные соотношения степени сложности строения изучаемых осадочных толщ и плотности реализуемых на практике сетей сейсмических профилей и т. п.
В связи с этим в ходе дальнейшей разработки технологии ИСФП возникла необходимость провести целенаправленные исследования для обеспечения ее устойчивой эффективности в самых разных сейсмогеологических условиях.
Задачи исследований, охватывающие практически все основные характеристики ИСФП и их обоснование, состояли в следующем:
1. Построить объемную сейсмогеологическую модель для исследований ИСФП, с целью получения определённых результатов исследования паспорта.
2. Исследовать геологические (структурные) и сейсмические характеристики (критерии), используемые для формирования ИСФП, так как, взятая за эталон, методология СЕМ всегда использует для построения типовых моделей совокупность критериев.
3. Выполнить обоснование необходимых объемов сейсмических данных (трасс), достаточных для построения ИСФП и последующего картирования типов геологического разреза.
4. Исследовать помехоустойчивость ИСФП, так как сейсмические данные по регионам характеризуются обычно различным качеством, в частности, иногда и непригодным для построения ИСФП.
5. Исследовать возможности оптимизации выделения границ типов разреза по интегрированному сейсмоформационному паспорту.
6. Проанализировать возможность использования технологии ИСФП для улучшения качества сглаживания различных сейсмогеологических параметров и атрибутов. Решения перечисленных задач исследований ИСФП и результаты их апробации на модельном (математические и натурные модели) и экспериментальном материалах составляют основное содержание настоящей работы.
Научная новизна.
1. Разработана новая технология районирования слабо изученных осадочных бассейнов, основанная на впервые сформулированном автором представлении об интегрированном сейсмоформационном паспорте (ИСФП) бассейна — композитном сейсмическом разрезе, содержащем всю совокупность трасс по исследуемой территории, упорядоченную по структурным и сейсмоформационным критериям. Показано, что ИСФП является сейсмическим аналогом типовой СЕМ в методологи-и «Седиментационно-емкостного моделирования» — крупнейшей отечественной разработке последнего 40-летия в области геологии [42−44].
2. Впервые исследована помехоустойчивость технологии — ИСФП. Показано, что она устойчива к регулярным и нерегулярным помехам при отношении сигнал/помеха не менее 3. Для случаев, когда это требование не выполняется, автором предложен ряд технологий, позволяющих преодолеть низкое качество исходного материала.
3. Исследована устойчивость технологии ИСФП к возможным на практике флуктуациям информативной плотности исходных сейсмических данных. Показано, что при уменьшении плотности до значений порядка 0.05 км/км2 (региональная съемка) детальность карт типов разреза снижается, но количество выделяемых типов и конфигурация их границ не претерпевают принципиальных изменений.
4. Разработаны две новые технологии выделения по ИСФП границ типов геологического разреза: визуально-интерактивная и статистическая. Для визуально-интерактивной технологии разработан оптимальный набор СВАН-процедур дообработки ИСФП, способствующий повышению надежности выделения границ. В рамках статистической технологииразработан способ выделения границ, основанный на расчете корреляционной матрицы ИСФП.
5. Автором впервые показано, что по сравнению с традиционным площадным сглаживанием сейсмогеологических атрибутов и параметров по результативным схемам и картам их сглаживание по ИСФП позволяет существенно более детально подчеркнуть исследуемые объекты и типы геологического разреза.
Личный вклад.
Автор участвовал в разработке идеологии и технологий районирования слабо изученных осадочных бассейнов по сейсмическим данным. В рамках пакета «SFP» автором самостоятельно проведена разработка программной реализации всех используемых в рамках описываемой технологии ИСФП программных комплексов. Им выполнена разработка трёхмерной сейсмогеологической модели карбонатного резервуара, на которой все исследования и апробация методики ИСФП также проведена автором самостоятельно. Также автором разработана и внедрена методика выделения типов разреза с использованием корреляционной матрицы КВК.
Комплекс работ, связанный с апробацией методики ИСФП на экспериментальном материале: по одному из месторождений Западной Сибири, на месторождении КНР, а также на акватории Анадырского залива, — также выполнен автором самостоятельно.
Практическая значимость исследований.
В результате выполненных исследований разработана СВАН-ориентированная технология «Интегрированного сейсмоформационного паспорта», позволяющая районировать осадочные бассейны при крайне слабой их изученности, что имеет принципиально важное практическое значение при изучении бассейнов Восточной Сибири, республики Саха, северных и восточных акваторий.
При помощи средств технологии ИСФП выполнено районирование бассейнов Чукотского моря и установлено резкое различие в перспективах возможной нефтегазоносности отдельных частей Чукотской акватории. Мощный (более 8 км) пассивно-окраинный чехол Северо-Чукотского бассейна характеризуется значительно более высокими перспективами нефтегазоносности, что косвенно подтверждается наличием нефтяного месторождения-гиганта Прадхо-Бей на северном побережье Аляски.
Относительно маломощный терригенный чехол Южно-Чукотского бассейна вряд ли может обеспечить формирование крупных скоплений УВ. На его продолжении на Аляску — прогибе Хоуп — проведенные геологоразведочные работы показали возможность открытия только мелких газовых месторождений.
По результатам детального районирования одного из месторождений КНР, покрытого объемной съемкой ЗБ сейсморазведки, был уточнен проект последующей его разработки. При этом были учтены как результаты районирования по ИСФП (полученная карта геологических типов), так и контролирующие газоносность седиментационные (развитие дистальной дельты) и тектонические (региональное экранирующее тектоническое нарушение) факторы.
При последующем разбуривании месторождения подготовленный прогноз подтвердился.
Апробация результатов исследований.
Методология ИСФП прошла апробацию в виде докладов на всероссийских и европейских семинарах и конференциях [20, 36], сообщений и докладов в крупнейших государственных организациях (ГКЗ РФ, НК «Роснефть», «Газпром» и др.) и нефтегазовых компаниях (Лукойл, Самаранефтегаз, ТНК-БП, Сургутнефть и др.).
Автором выполнено сравнительное опробование результатов ИСФП с результатами применения других методик: комплексного спектрально-скоростного прогнозирования [52], нейронных сетей и сейсмостратирафии. Сравнение показало, что методика ИСФП даёт результаты, которые не противоречат данным, полученным с помощью других подходов, а в ряде случаев существенно превосходят их по качеству.
Основные результаты диссертации отражены в 4 публикациях и докладывались автором на научно-практической конференции «Нефтегазогеологический прогноз и перспективы развития нефтегазового комплекса Востока России -2010».
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения: 1 — Введение, 2 -Анализ состояния проблемы районирования слабоизученных территорий по типам геологического разреза, 3 — Разработка и исследование методов построения и использования «Интегрированного сейсмоформационного паспорта» (ИСФП), 4 -Основные этапы построения и результаты применения технологии «Интегрированного сейсмоформационного паспорта», 5 — Опробование технологии ИСФП на экспериментальном материале.
Выводы по главе 4:
В настоящей главе рассмотрены результаты апробации методологии ИСФП на материалах регионального, поискового и разведочного этапов ГРР. Основные результаты сводятся к следующему.
1. При исследованиях по региональному профилю Алтай-Сев.Земля представлено сопоставление типов разреза, выявленных при помощи ИСФП, с картой строения венд-нижнекембрийских отложений (картой типов разреза) по этому профилю, составленной по всем имеющимся геолого-геофизическим данным.
Типы разреза, выявленные по методике ИСФП, находят четкое отображение на приведенной карте типов разреза, построенной на основе обобщения и анализа всех геолого-геофизических данных по методике седиментационно-емкостного моделирования.
Этот результат приводит также к важному выводу, имеющему большое практическое значение. По полученной «паре»: ИСФП, используемому в качестве сейсмического аналога типовой седиментационной модели, и карте типов разреза,-может быть построен синтетический сейсмический куб — аналог объемной седиментационной модели (объемной СЕМ) [36].
2. При региональных работах на акватории Чукотского моря синтез схемы районирования всего участка работ по типам геологического разреза выполнен на основе комплексирования: а — схемы районирования каркасной сети и б — структурных карт и схем изопахит целевых комплексов по всему участку работ.
Схемы типов разреза геометрически в значительной степени подобны картам изопахит по комплексамоднако это подобие не должно вводить в заблуждение по главному факту: типы разреза установлены по совокупности параметров и атрибутов на ИСФП, которые и определили результативные диапазоны их толщин.
3. С учетом имеющихся геологических данных в пределах Чукотского моря выделены Южно-Чукотский (включая прогиб Хоуп на шельфе и побережье Аляски) преимущественно мел-кайнозойский, и Северо-Чукотский в основном палеозой-мезозойский бассейны, разделенные зоной поднятий Геральда-Врангеля, протягивающейся от мыса Лисберн на Аляске до о-ва Врангеля.
Подобное строение обусловливает резкое различие в перспективах возможной нефтегазоносности отдельных частей Чукотского моря.
Мощный (более 8 км) пассивно-окраинный чехол Северо-Чукотского бассейна, протягивающийся в акваторию моря Бофорта, характеризуется значительно более высокими перспективами нефтегазоносности, что косвенно подтверждается наличием нефтяного месторождения-гиганта Прадхо-Бей на северном побережье Аляски.
Относительно маломощный (2 км, редко 4 км) терригенный чехол ЮжноЧукотского бассейна вряд ли может обеспечить формирование крупных скоплений УВ. На его продолжении на Аляску — прогибе Хоуп — проведенные геологоразведочные работы показали возможность открытия только мелких газовых месторождений.
4. На этапе доразведки одного из месторождений Западной Сибири выполнено сопоставление результатов его детального районирования по методологии ИСФП и метода типизации разреза с помощью нейронных сетей Кохонена.
Установлено, что методики дают по сути близкие результаты, хотя методика нейронных сетей имеет ряд ограничений по сравнению с типизацией по ИСФП:
• смешивает похожие типы (более грубый метод),.
• сильно зависит от набора входных параметров, степени и методов их сглаживания,.
• как общее свойство статистических методик — интерпретатор не в состоянии контролировать и анализировать процесс расчленения разреза на типы.
Вместе с тем, плюсом статистического метода типизации является высокая скорость получения результата, что может позволить интерпретатору перебрать множество вариантов входных атрибутов и проанализировать множество получающихся при этом типизационных схем.
5. По результатам детального районирования одного из месторождений КНР, покрытого объемной съемкой ЗБ сейсморазведки, был уточнен проект последующей его разработки. При этом были учтены как результаты районирования по ИСФП, так и контролирующие газоносность седиментационные (развитие дистальной дельты) и тектонические (региональное экранирующее тектоническое нарушение) факторы.
При последующем разбуривании месторождения подготовленный прогноз подтвердился.
6. При районировании по типам разреза участка акватории Анадырского залива, покрытого поисковой сетью сейсморазведки 2Б, выполнено сопоставление схем типизации, полученных по:
• методологии ИСФП,.
• при помощи нейронных сетей Кохонена,.
• по результатам визуального сиквенс стратиграфического анализа, выполненного группой геологов ВНИГРИ под руководством проф. Л. С. Маргулиса. Получены вполне сопоставимые результаты, однако районирование по ИСФП по сравнению с визуальным оказалось более детальным, а по сравнению со статистическим по Кохонену, — более однозначным и надежным.
Заключение
.
С момента создания первой версии методологии ИСФП (около 2005 г., при активном участии автора) проводилась ее апробация на реальных сейсмических материалах, полученных в различных регионах РФ и при ГРР разной степени детальности: региональных, рекогносцировочных, поисковых и разведочных (ЗБ).
Геологическая эффективность этого эвристического опробования ИСФП имела существенную «флуктуацию»: в некоторых регионах районирование территорий по ИСФП полностью соответствовало традиционному геологическому районированию по всей совокупности геолого-геофизических данных, в других такое соответствие не достигалось.
В связи с этим в ходе дальнейшей разработки методологии ИСФП возникла необходимость провести ее целенаправленные исследования для обеспечения ее устойчивой эффективности в самых разных сейсмогеологических условиях.
Настоящая диссертационная работа является фактически первым комплексным научным анализом уже вошедшей в практику геологической интерпретации сейсмических данных методологии «Интегрированного сейсмоформационного паспорта».
В результате выполненных исследований установлено, что эффективность методологии ИСФП базируется на сочетании двух основных позиций:
• комбинаторной сортировке и упорядочения сейсмических трасс по толщинам целевого комплекса отложений (или другим структурным параметрам), часто по мало детальным структурным картам регионального и рекогносцировочного этапов ГРР,.
• выделению типов разреза при помощи СВАН-технологий и корреляционной матрицы ИСФП по региональным сейсмическим разрезам, детальность наблюдений на которых чаще всего не уступает поисковой и разведочной.
Именно сочетание этих позиций обеспечивает возможность детального районирования даже относительно слабо изученных сухопутных территорий и акваторий.
Наряду с этим показано, что выделение типов геологического разреза с использованием методологии ИСФП нужно производить с использованием двух, принципиально разных подходов: 1 — интерактивно, с использованием арсенала СВАН-процедур, и 2 — с использованием статистических средств — по корреляционной матрице ИСФП. Совместное применение двух этих технологий в комплексе обеспечивает, как правило, более уверенное и обоснованное решение рассматриваемой задачи.
Целенаправленные исследования методологии ИСФП выполнены в работе на основе стандартной седиментационно-емкостной модели (СЕМ). Созданный в результате объемный сейсмический синтетический куб позволил моделировать различные его сечения (вертикальные и горизонтальные — слайсы), то есть моделировать различные ситуации пересечения синтетических профилей с морфологией и внутренней структурой слагающих разрез геологических тел.
На этой модели исследована помехоустойчивость методологии ИСФП, в результате чего показано, что она является помехоустойчивой к регулярным и нерегулярным шумам при уровне сигнал/помеха, равном и более трёх. Следовательно, для эффективного построения ИСФП необходимо исключить из рассмотрения все данные с отношением сигнал/помеха, ниже трёх, и при этом необходимо оценить насколько прошедший отбраковку материал достаточен для анализа исследуемого участка (оценка информативной плотности наблюдений), поскольку именно по этим сейсмическим данным будет далее построен ИСФП с последующим выделением по нему границ типов разреза.
Показано, что качество построенного ИСФП может быть улучшено с использованием различных стандартных методик дообработки сейсмических разрезов. Установлено, что все сейсмические процедуры дообработки паспорта, в которых используют окна шириной в несколько трасс, должны быть применены к полному ИСФП до его прореживания.
В результате исследований на той же объемной модели показано, что важнейшей причиной осложнений при построении ИСФП является нарушение тесной связи между типом анализируемого интервала разреза и его мощностью. В этой ситуации необходимой становится пересортировка трасс по другому критерию. Экспериментально установлено, что наиболее эффективным алгоритмом дополнительной пересортировки трасс ИСФП для его структурирования по типам разреза является параметр глубины залегания кровли исследуемого интервала разреза.
Дальнейшие исследования показали, что трассы при построении ИСФП могут быть отсортированы по одному из структурных признаков: мощности исследуемого пласта и/или глубине залегания его кровли, а также по другим структурным и динамическим характеристикам. При этом, главная цель сортировки и пересортировкидобиться уверенного выделения однородных интервалов внутри ИСФП — типов разреза.
Различие критериев при этом не нарушает правильности последующего разнесения типов на планшет (для построения карты типов), поскольку все точки ИСФП и планшета координатно строго связаны.
К новым научным результатам можно отнести также разработанные в диссертации алгоритмы процедур сглаживания по ИСФП любых сейсмогеологических атрибутов и параметров, позволяющих существенно детальнее (по сравнению с традиционным площадным сглаживанием по схемам и картам) подчеркнуть исследуемые объекты и типы геологического разреза. Эту новую ИСФП-технологию предстоит еще более широко апробировать при картировании разнообразных геологических объектов разного ранга и масштаба.
В результате выполненных исследований разработана, исследована и апробирована на модельных и экспериментальных материалах СВАН-ориентированная методология «Интегрированного сейсмоформационного паспорта», позволяющая районировать осадочные бассейны при слабой их изученности, что имеет принципиально важное практическое значение при изучении бассейнов Восточной Сибири, республики Саха, северных и восточных акваторий.
В частности, при помощи методологии ИСФП выполнено районирование бассейнов Чукотского моря и установлено резкое различие в перспективах возможной нефтегазоносности отдельных частей Чукотской акватории. Мощный (более 8 км) пассивно-окраинный чехол Северо-Чукотского бассейна характеризуется значительно более высокими перспективами нефтегазоносности, что косвенно подтверждается наличием нефтяного месторождения-гиганта Прадхо-Бей на северном побережье Аляски.
Относительно маломощный терригенный чехол Южно-Чукотского бассейна вряд ли может обеспечить формирование крупных скоплений УВ. На его продолжении на Аляску — прогибе Хоуп — проведенные геологоразведочные работы показали возможность открытия только мелких газовых месторождений.
Одновременно с этим, апробация методологии ИСФП выполнена и при работах на поисковом и разведочном этапах ГРР.
В частности, по результатам детального районирования одного из месторождений КНР, покрытого объемной съемкой ЗО сейсморазведки, был уточнен проект последующей его разработки. При этом были учтены как результаты районирования по ИСФП, так и контролирующие газоносность седиментационные (развитие дистальной дельты) и тектонические (региональное экранирующее тектоническое нарушение) факторы.
При последующем разбуривании месторождения подготовленный прогноз полностью подтвердился.
В заключение необходимо отметить, что в настоящей работе основное внимание автора было направлено именно на развитие технологии ИСФП-районирования исследуемых территорий по типам геологического разреза.
Между тем, полученные карты районирования типов геологического разреза на практике требуют дальнейшего геолого-геофизического анализа и сертификации: каждый выделенный по сейсмическим данным тип должен быть соответствующим образом охарактеризован. Данная работа должна выполняться с применением всех априори известных геолого-геофизических сведений по данным бурения, анализа керна и ГИС.
Таким образом, каждой карте типов геологического разреза, полученной по ИСФП, должна сопутствовать таблица стратиграфических, формационных, литологических, петрофизических характеристик и емкостных свойств каждого из типов, подготовленная, например, по методологии СЕМ.
Учитывая, что в процессе выполненных исследований установлено, что ИСФП фактически является сейсмическим аналогом СЕМ, автор намерен дальнейшие свои исследования посвятить созданию комплексной технологии ИСФП-СЕМ, направленной на построение объемных седиментационно-емкостных моделей осадочных бассейнов, в том числе слабо изученных сейсморазведкой [36].
