Выявление макронеоднородностей состава и свойств пород при сейсморазведке в нефтегазоносных бассейнах

С момента появления сейсморазведки в общем комплексе геологических исследований её основная роль заключалась в картировании границ между пластами. Однако даже в начальный период развития метода было ясно, что его принципиальные возможности позволяют изучать не только геометрию границ пластов, но и физические свойства пород между границами.

Данные о свойствах пород, если только они получены и проинтерпретированы, могут иметь самое разнообразное применение, Например, сведения о величинах пластовых скоростей позволяют уточнить оценки глубины и рельефа границ при решении структурных задач, определить прочностные характеристики отложений при инженерной разведке, устанавливать стратиграфическую принадлежность пород при региональных исследованиях и т. д. Среди многочисленных направлений геологического приложения сейсмических данных одним из наиболее важных является изучение латеральной и вертикальной изменчивости пород внутри пластов земной коры. К этогду классу задач относится, например, обнаружение нефтегазовых залежей, которое может рассматриваться как выявление той части пласта коллектора, где его поры и трещины, в отличие от остального объема пород, заполнены не водой, а углеводородами. Аналогичным образом, к анализу внутрипластовой или внутриформационной изменчивости свойств пород сводятся такие задачи, как изучение диалогических замещений, выявление зон повышенной и пониженной пористости, исследование термодинамического режима, обнаружение аномалий пластовых давлений флюидов и т. п. Хотя нетрудно видеть, что при сейсмических исследованиях общим для всех этих задач является необходимость выявления, изучения и геологической интерпретации неоднородности распределения упругих свойств внутри пластов, соответствующая постановка проблемы до сих пор отсутствовала. Обобщенный подход к проблеме имеет в данном случае не только принципиальное методологическое значение, благодаря чему, например, задача прямого обнаружения нефтегазовых залежей занимает соответствующее ей место в ряду других разведочных задач, аналогичных ей с точки зрения физических предпосылок и, следовательно, способов решения. Более существенным представляется то обстоятельство, что из постановки проблемы как проблемы изучения Енутрипластовой и внутриформационной неоднородности состава и свойств пород вытекает, что фундаментальной основой выявления неоднородностей и их геологической интерпретации должен быть анализ не только данных упругих волн, но и петрофизи-ческих закономерностей, соответствующих изучаемым породам. Только на этом пути возможно определение состоятельности полученных результатов, оценка их геологического значения и степени однозначности интерпретации.

Используемые в настоящее время способы определения параметров сейсмического волнового поля таковы, что изучение свойств пород, слагающих геологические неоднородности, оказывается возможным, если их размеры по напластованию значительны по сравнению с размерами первой зоны Френеля. Такие неоднородности будем называть макронеоднородностями35.

Целесообразность специального рассмотрения вопросов, относящихся к выявлению и изучению макронеоднородностей следует как с геологических позиций — достаточно крупные по размеру объенгр представляют основной интерес при разведке недр, так и из теоретических и методических соображений, связанных с возможностью использования лучевых представлений и детерминистских соотношений при решении прямых и обратных задач. я) Более строгое определение макронеоднородностей дано ниже (гл. 1.

Диссертация полностью посвящена вопросам применения сейсмического метода отраженных волн для прогноза состава и свсгйств пород на основе изучения внутрипластовой макронеоднородности геологических сред и совместного анализа данных сейсморазведки, структурной геологии и петрофизини. Целью работы является:

Создание и внедрение сейсмических методик прогноза нефтегазонасыщенности, литологии и пластовых давлений. Для достижения цели осуществлен синтез исследований по трем основным направлениям: обобщение данных о влиянии внутрипластовой неоднородности состава и свойств пород на их упругие характеристикиизучение аномалий волнового поля, соответствующих изменчивости упругих свойств пластов породсоздание и исследование новых способов обработки и интерпретации сейсмического материала, ориентированных на выявление и геологическое истолкование крупных по размеру неоднородностей.

Результаты исследований привели к созданию ряда специализированных программ и методик обработки, внедрение которых в практику работ производственных организаций позволило приступить в промышленных масштабах к решению ряда крупных народнохозяйственных проблем — прямым поискам залежей углеводородов, прогнозу зон аномальных давлений, а также решению других задач изучения состава и свойств пород.

Как уже говорилось, интерес к рассматриваемого направлению сейсмических исследований (хотя оно и не было сфорп^улировано в терминах изучения неоднородностей и совместного использования данных сейсморазведки и петрофизических зависимостей) проявлялся уже на ранних этапах развития сейсмического метода. Оно резко возрос после выдвижения И. Я. Баллахом, И. Г. Медовским,.

К.А.Мустафаевым идеи о прямых поисках нефтегазовых залежей. Трудности реализации этой идеи, как и более общей идеи изучения внутрипластовых неоднородностей очевидны и многообразны. При изучении свойств пород необходимо использовать динамические особенности колебаний, а требования к точности определения времен резко возрастают, так как возникает необходимость измерения (в явной или неявной форме) производных годографа. Невозможно дать сколько-нибудь подробный обзор процессов развития сейсмического метода, обеспечивающих возможность постановки и решения проблемы изучения внутрипластовых неоднородностей" В связи с этим изложение результатов работ, имеющих непосредственное отношение к теме диссертации будет приведено в соответствующих её разделах. Здесь отметим лишь три основные проблемы, решение которых явилось, а в ряде районов продолжает оставаться предварительным условием внедрениея способов изучения свойств пород в практику сейсмических исследований*.

Во-первых, необходимо было создать способы полевых наблюдений и обработки, обеспечивающие надежное выявление сигналов и измерение их параметров.

Решение этой задачи для отраженных волн оказалось долгим и трудным, так как эти волны всегда регистрируются на фоне многочисленных помех. Основную роль в методе отраженных волн сыграли разработка методики многократных перекрытий, повсеместно реализованной ныне в виде способа общей глубинной точки и «цифровая революция» в области регистрации и обработки данных наблюдений (Г.Мэйн, Е. Робинсон, С. Трейтель, Д. Мишон и др. за рубежом, Е. А. Козлов, Г. Н. Гогоненков, В. И. Мешбей В.Б.Левянт и др. в СССР).

Прогресс в методе отраженных волн очевиден, но, несмотря на это, возможность решения даже структурных задач, ког.-да достаточно выполнить измерение лишь кинематических характеристик волн, и то со сравнительно малой точностью, в ряде районов еще лимитируется недостаточным ослаблением влияния помех. Вместе с тем всё больше появляется районов, где, благодаря совершенствованию метода, становится возможным не только выделение отражений, но и измерение разнообразных их параметров, что благоприятствует определению физических характеристик пород.

Во-вторых, для изучения свойств пород по данным сейсмических наблюдений потребовалось создать помехоустойчивые способы извлечения из данных наблюдений информации о физических характеристиках среды, Эта проблема быстрее нашла решение в рамках метода преломленных волн (И.С.Берзон, А.М.Епи-натьева, А. С. Алексеев, Н. Н. Пузырев, Т. К. Облогина, А.Г.Авер-бух и др.), для которых проще, чем для отраженных, связь между параметрами колебаний, наблюдаемых на поверхности и свойствами пород на глубине, в частности, для изучения скоростей распространения колебаний Достаточно измерять первую производную: годографа, а не вторую, как для отраженных волн. Для преломленных волн оказалось возможным легко реализовать разностные способы обработки, позволяющие во многих ситуациях практически исключить влияние покрывающей среды на получаемые результаты.

В методе отраженных еолн изучение физических характеристик пород долгое время опиралось на анализ параметров, косвенным образом отображающих свойства исследуемой среды (А.М. Епинатьева, Е. Е. Земцов, К. А. Мус тафаев, М. Ф. Мирчин к, И.Я.БаллахА.:А.-)Кунарев и др.).

Например,, для изучения отражающих свойств применялось измерение числа и протяженности отражающих границдиссипативные характеристики оценивались по скорости затухания огибающей сейсмической трассы и т. п. Недостатком таких способов является невозможность количественной геологической интерпретации, в связи с чем её приходилось осуществлять на основе аналогии результатов, полученных на исследуемом и ранее изученных объектах. Такие аналогии всегда условны, так как они требуют учета влияния на результаты сравнения различия-: разнообразных геологических, геофизических, геохимических, зачастую и методических факторов. В зависимости от квалификации и интуиции специалистов выводы, основанные на аналогиях, имеют в той или иной степени субъективный характер — преувеличивается роль одних факторов в ущерб другим, не говоря уже о том, что ряд факторов вообще не учитывается из-за отсутствия веоб-ходимой информации или сложности её использования.

По мере совершенствования способа отраженных волн появилась возможность проводить измерения физических характеристик, таких, как пластовая скорость, амплитуда коэффициента отражения, декремент затухания, акустическая жесткость. (Д.Мишон, А. Н. Лёвин, А. К. Урупов, В. И. Мешбей, С. В. Гольдин, Г. Н. Гогоненков, М. Б. Рапопорт, А. Г. Авербух и др.).

На смену косвенной пришла, также, как и в методе преломленных волн, прямая и, притом, количественная информация о петрофизических особенностях пород. Благодаря этому появилась возможность сравнения измеренных характеристик среды с априорными данными о физических свойствах отложений различного геологического строения.

Третья проблема, потребовавшая своего решения для реализации идей изучения свойств пород по данным сейсморазведки, заключалось в необходимости накопления, и, главное, систематизации данных о влиянии разнообразных геологических факторов на упругие и диссипативные свойства пород (С.Доменико, Г. Гарднер, А. Грегори, Е. А. Козлов, Н. П. Таллако, Я. А. Сергеев, Ф. М. Ляховицкий, Г. И. Петкевич, В. З. Вербицкий, Г. М. Авчян, А. Г. Авербух и др.). Решающее продвижение здесь стало возможным благодаря разработке и внедрению акустического метода исследования скважин (Е.В.Карус, О. Л. Кузнецов, И. П. Дзебань, Л. З. Цлав, Т. В, Щербакова и др.).

Развиваемые в дальнейшем автором представления об использовании сейсмического метода для исследования внутрипластовых неоднородностей базируются на синтезе результатов, полученных при решении указанных выше проблем.

Основной особенностью подхода к решению является стремление к использованию для выявления неоднородностей количественных определений упругих, диссипативных и других физических свойств и характеристик пород по данным сейсморазведки и к интерпретации сейсмических данных на основе петрофизических закономерностей и критериев. Кроме того в разделах, посвященных обработке и интерпретации, большое внимание уделено обсуждению области применимости и ограничений предложенных методов. Для задач оценки состава и свойств пород внимание к вопросам точности и достоверности результатов имеет особое значение — как вслед-ствии малого, в общем, опыта практического применения, так и из-за часто возникающего соблазна применения новых методов в неподходящих условиях.

Предметом защиты являются:

1. Количественное обоснование возможностей применения сейсморазведки для изучения неоднородностей состава и свойств пород, основанное на: а) результатах обобщения данных скважинных измерений и теоретических расчетов о влиянии глубины, литологии, нефте-газонасыщения, термодинамических условий на изменчивость акустических свойств породб) оценке величин аномалий кинематических и динамических свойств волн, отраженных к проходящих через нефтегазовые залежи и другие внутрипластовые неоднородности^) количественной формулировке требований к точности сейсмических исследований при выявлении неоднородностей,.

2. Теоретические соотношения, связывающие кинематические и динамические особенности отраженных волн со строением среды, в том числе форгдулы, определяющие связь а) интенсивности сейсмических еолн с характеристиками частотного затухания в среде и конфигурацией годографов, б) форш и спектрального состава импульсов с характеристиками частотного затухания, в) кинематики еолн со скоростной неоднородностью среды, г) синтетической сейсмограммы со строением и свойствами тонкослоистой поглощающей среды. Использование результатов исследований для теоретического обоснования способов обработки и интерпретации, предназначенных для изучения внутрипластовых неоднородностей.

3. Концепции обработки и анализа сейсмической информации, основанные на приведении амплитуд отражений к амплитудам плоских нормально 'отраженных волн и на построении эталонных зависимостей скорости от глубины, созданные на основании этих концепций алгоритмы и методики обработки данных наблюдений. Оценка сейсмогео-логических условий, благоприятствующих эффективному применению предложенных способов обработки.

4. Результаты опробования и внедрения разработанных способов и создания на этой основе промышленных методик прогноза нефте-газонасыщенности пород, выявления зон аномальных давлений и ли-толого-стратиграфического расчленения разреза.

Автор начал работы по изучению неоднородных сред при сейсморазведке отраженными волнами в 1966 году.

Ранее выполненные автором (1−7,12,14,20,23) работы по изучению рефракции сыграли, как неоднократно отмечалось в литературе [б5,86,97,98,102,154,183,196,202,211 и др.], видную роль в пересмотре и дополнений ранее сформулированных [48,49,94,121 и др.] представлений о физических основах и разведочных возможностях метода преломленных волн, способствовали значительному возрастанию интереса сейсморазведчиков к изучению влияния скоростной неоднородности реальных сред на свойства сейсмических волн.

Исследования по этим вопросам привлекли внимание автора к изменчивости скоростей в реальных средах и к задачам выявления неоднородностей. Одновременно, под влиянием общих тенденций развития сейсморазведки, возрастал интерес к применению для изучения неоднородностей отраженных волн, в первую очередь, при прямом выявлении нефтегазовых залежей. Так сформулировалось направление работ, результатом которых посвящена диссертация. На начальном этапе основное внимание уделялось вопросам распространения отраженных волн в слоисто-неоднородных поглощающих средах и оценке величинаномалий волнового поля, обусловленных нефтегазовыми залежами и другими внутрипластовыми неоднородностями (8−11,16−21). Затем, благодаря быстрому совершенствованию аппаратурно-програм-много обеспечения отраженных волн, стало активно развиваться практическое направление исследований, являвшихся составной частью начатых в Центральной геофизической экспедиции под руководством Г. Н. Гогоненкова исследований по прогнозированию геологического разреза (ПЕР). Проблематика ПГР включает в себя ряд задач, в том числе задачу прямых поисков нефтегазовых залежей, зон аномальных давлений и других внутрипластовых неодно-родностей, задачу детального расчленения разреза по комплексу данных сейсморазведки и промысловой геофизики, задачустратиграфического анализа сейсмических материалов и т. п. В рамках работ ПЕР автор являлся научным руководителем исследований по первой задаче, в результате которых за последние годы были реализованы технологичные способы обработки и интерпретации отраженных волн, специально ориентированные на выявление и геологическое истолкование неоднородностей /13,26−30/. Благоприятные результаты практического опробования новых разработок позволили приступить к промышленному внедрению методик прямого обнаружения залежей, прогноза зон аномальных давлений, литолого-стратиграфического расчленения разреза.

В процессе выполненных исследований был получен ряд результатов, не имевших аналогов в отечественной и зарубежной литературе. Новизна работы в целом определяется комплексным подходрм к проблеме, основанным на последовательном рассмотрении с единых позиций основных вопросов применения сейсмического метода отраженных волн для изучения внутрипластовых неоднородностей.

Новым и оригинальным (на момент их опубликования) й s Примечание. Приводятся сроки опубликования печатных работ, в отчетах, находящихся во Всесоюзных геологических фондах и фондах ряда других организаций, соответствующие материалы изложены на два-три года раньше указанных ниже дат. являются следующие основные положения и выводы диссертации:

1. Впервые (1973;1978 гг. /12,19,25,26 /) систематизированы, применительно к задаче прогноза состава и свойств пород по данным сейсморазведки, согласованные между собой количественные характеристики влияния глубины и термодинамических условий залегания, нефтегазонасыщенности, изменчивости литологии на неоднородность акустических свойств пород в естественном залегании*.

2. Впервые (1975 г. / 21/) разработан способ теоретической оценки анизотропии скорости в осесимметричных средах в зависимости от статистических характеристик неоднородности скоростного разреза.

3. Впервые (1969 г. /8/) получены аналитические соотношения для дисперсии фазовой скорости при степенной зависимости коэффициента затухания от частоты и для частотной характеристики непрерывных и толстослоистых одномерных сред. На основе выполненных исследований созданы алгоритм и программы расчета синтетических сейсмограмм и разрезов, широко используемые научными и производственными организациями (приложение 12).

4. Впервые (1970;1975 гг. /9,10,17,18,22,24/) получены и проанализированы аналитические решения прямых и обратных задач, количественно характеризующие влияние частотного зависимого затухания и дисперсии фазовой скорости в слоисто-неоднородных средах на формирование отраженных и преломленных волн, кинематические и динамические особенности импульсов, адекватных колебаниям, распространяющимся в реальных средах.

— 155. Впервые (1976 г.) найдено и использовано решение обратной задачи определения геометрического расхождения для сред с неплоскими границами.

6. Впервые (1970;1974 гг. /11,13,16,25,26/) количественно охарактеризована совокупность аномалий кинематических и динамических свойств волн, отраженных и проходящих через нефтегазовые залежи и другие внутрипластовые неоднородности.

7. Впервые (1975;1976 гг. /13,25,26 /) предложен и реализован способ восстановления амплитуд отражений, основанный на коррекции влияния кривизны волновых фронтов и частотного затухания, разработана и внедрена в промышленных масего штабах методика^" практического применения.

8. Впервые в нашей стране (1975;1979 гг. /13,26,27 / разработана и внедрена в промышленных масштабах • !. -:.5 • .!¦•: И"г" '" :' методика прогноза нефтегазовых залежей по аномалиям амплитуд волн, отраженных от пласта-коллектора и аномалиям эффективных скоростей, сфорцулированы условия применимости методики. Правильность прогноза подтверждена бурением.

9. Впервые (1976;1979 гг. /25,29,30/) предложен способ построения эталонных зависимостей, позволяющий учитывать литологию, возраст пород и различие палеоглубины и современной глубины их залегания. Разработана и внедрена в промышленных масштабах методика выявления аномалий интервальных скоростей, основанная на применении эталонных зависимостей, оценены её разведочные возможности. На основе использования эталонных зависимостей реализован прогноз зон аномальных давлений и литолого-страти-графическое расчленение разреза.

Для обеспечения внедрения результатов перечисленных исследований подготовлены, при непосредственном участии и под руководством автора, методические пособия с описанием требований к сейсмогеологическим условиям и методике проведения полевых работ и требований к качеству полевых материалов, изложением приемов обработки и интерпретации данных. Автор, кроме того, осуществлял выбор направлений и объектов исследований производственных организаций, участвовал в определении методики работ, осуществлял кураторство за их проведением.

Внедрение результатов исследований происходило по нескольким направлениям.

1. Методика прямых поисков нефтегазовых залежей, основанная на вявлении амплитудных и других видов аномалий • волнового поля, внедрена в ряде производственных геофизических организаций Миннефтепрома. В 1979;1980 гг. на использование методики ориентированы работы полевых сейсморазведочных партий. Описание методики включено в последнее издание учебника по сейсморазведке для высших учебных заведений (И.И.Гурвич, Г. Н. Боганик, «Сейсмическая разведка», изд." Недра", 1980, стр.484−491).

2. Методика прогноза аномально высоких пластовых давлений внедрена в трестах «Грознефтегеофизика» ," Краснодарнефтегео-физика", «Азнефтегеофизика», «Ставропольнефтегеофизика» .

3. Результаты разработок по использованию данных о скоростях и амплитудах сейсмических волн для изучения физических свойств и геологического строения пород переданы, на основе финансовых контрактов, геофизическим организациям ГДР, ВНР и ЧССР. Суммарный экономический эффект для сотрудничающих стран составил 900 тыс. руб., в том числе 250 тыс. руб. для СССР.

4. В ряде организаций Миннефтепрома, Мингазпрома и Мингео СССР находятся в стадии внедрения программц и методики обработки материалов сейсморазведки, разработанные на основе алгоритмов и способов, предлагаемых автором, в том числе программы построения синтетических сейсмограмм, восстановления амплитуд, коррекции амплитуд за кривизну границ и т. д., методики обработки с сохранением относительных амплитуд, построения эталонных зависимостей, прогноза аномальных давлений.

Сопоставим особенности и результаты выполненных исследований со сходными по направленности обобщающими трудами других авторов, опубликованными в последние годы в нашей стране и за рубежом: «Изучение литологии и прямые поиски углеводородов геофизическими методами» /235/, «Решение литологичес-ких задач сейсмическими методами» /187/, «Применение геофизических методов разведки для прямых поисков месторождений нефти и газа» /46/. Все работы посвящены применению одних только отраженных волн.

В работе /235/, наиболее ранней из всех, являющейся сборником докладов представителей ведущих зарубежных геофизических фирм, основное внимание уделено, во-первых, общим геофизическим и геологическим предпосылкам прогноза состава и свойств пород, рассматриваемым на уровне качественных или элементарных количественных оценок, во-вторых, описанию принципов подхода к обработке и интерпретации полевых материалов, и, в-третьих, подробной иллюстрации достигнутой фирмами геологической эффективности, особенно при прямом выявлении нефтегазовых залежей по аномалиям амплитуд отражений. Хотя конкретные особенности подхода зарубежных исследователей к постановке и решению задач прогноза в книге не раскрываются, её опубликование впервые показало реальность практического воплощения в широких масштабах идей, сформулированных ранее (что признается и в упомянутой книге) советскими исследователями, в том числе и автором /11,16/ и тем самым стимулировало ускоренное развитие соответствующих работ в нашей стране.

После опубликования / 235/ стало очевидным, что решение задач изучения состава и свойств пород возможно только с использованием цифровой регистрации и обработки данных на ЭВМ, обладающих развитым специализированным матобеспечением и эффективными визуализирующими устройствами. В результате, после предоставления соответствующей техники, уже в 1975;1976 гг. автору совместно с группой сотрудников, удалось осуществить на практике прямой прогноз нефтегазовой залежи, прогноз зоны аномальных давлений, прогноз литологической изменчивости. В этот период на базе ранее выполненных теоретических исследований и работ по систематизации петрофизических зависимостей /8−12, 16−18/ были разработаны алгоритмы и методические приемы восстановления амплитуд и построения эталонных зависимостей, отличающиеся в своей основе от используемых за рубежом, но, как и они, ориентированные на применение комплекса современных аппаратурных и программных средств. Технологичность и эффективность этих разработок находится на уровне, идентичном или более высоком, чем у лучших зарубежных фирм, о чем свидетельствуют результаты обработки одних и тех же материалов на советских и зарубежных вычислительных центрах (гл.4), а также приобретение результатов разработок геофизическими организациями стран-членов СЭВ. Существенными отличиями данного исследования от работы / 235 / является получение количественных зависимостей, систематизирующих данные о влиянии изменчивости состава и свойств пород на их упругие свойства (3?л.1), разработка (гл.2) и использование (гл.З) специального теоретического аппарата для оценки величин аномалий сейсмических волн (амплитуд, частот, эффективных скоростей), соответствующих внутрипластовой неоднородности свойств, теоретическое обоснование новых способов обработки полевых материалов (гл.З), разработка методики их практического использования (гл. 3,4), оценка требований к точности и сейсмогеолгрческих условий, благоприятствующих применению способов выявления внутрипластовой неоднородности состава и свойств пород.

Работа /46/ посвящена, строго говоря, иному, по сравнению с рассматриваемым в диссертации, направлению, а именно — ком-плексированию данных различных геофизических методов при прямых поисках залежей. Однако разделы, посвященные сейсмическому методу, тематически близки данной работе. В них излагаются данные скважинных наблюдений о влиянии нефтегазонасы-щения на скорость и поглощение продольных волн и, в соответствии с полученными данными, залежи рассматриваются как внут-рипластовые и внутриформационные неоднородности разреза. В работе описаны способы выявления неоднородноетей по аномалиям затухания амплитуд сейсмических волн и аномалям других параметров, косвенным образом отображающих свойства среды (протяженность осей синфазности, разброс времен вдоль годографа и т. п.). Количественных оценок соответствия между величиной аномалий и характеристиками неоднородностей в работе не приводится, а в основу выявления и интерпретации аномалий положен критерий аналогии результатов, полученных на известных и вновь исследуемых объектах. Существенными отличительными особенностями диссертации по сравнению с / 46/является, прежде всего, основная концепция, согласно которой задача прямых поисков представляет частный случай общей проблемы выявления и изучения неоднородностей и вытекающие отсюда, как следствие, такие особенности данной работы, как рассмотрение более широкого круга задач, ориентация прогноза на изучение физических свойств пород (а не косвенных параметров) и на использование петрофизических характеристик пород при оценке величины ожидаемых аномалий, их выявлении и геологической интерпретации. Кроме того, в диссертации, в отличие от / 46 /, рассмотрены теоретические и практические вопросы использования амплитуд отражений как наиболее четкого диагностического признака залежей, вопросы методики обработки в рамках использования современных.ЭВМ. и разработан ного для них системного матобеспечения. Последние из указанных различий отмечаются также при сравнении диссертации с работой /187/, выполненной параллельно и независимо от работ автора и опубликованной уже после того как его представления были достаточно широко изложены. Основное внимание в /187/ уделено способам и методике определения пластовой скорости, коэффициента поглощения и формы сейсмического импульса. В отношении использования скоростей и поглощения рассмотрены, главным образом, известные по литературным данным способы обработки материалов сейсморазведки. Не приводится петро-фиического обоснования возможностей и ограничений применения способов для выявления литологической изменчивости пород и не предложена методика геологической интерпретации выявленных изменений скорости и поглощения. В отношении использования формы импульса подход авторов методически близок н используемо^ в диссертации — вначале по скважинным данным оценивается возможная изменчивость строения пласта, затем определяются ожидаемые особенности динамики отражений, после чего установленные закономерности используются для интерпретации особенностей записи на временных разрезах. Авторы не рассмотрели вопросы методики обработки, а они могут существенно повлиять на эффективность сопоставления данных эксперимента и теории, например, за счет влияния регулировок амплитуд, деконволюции, фильтрации, коррекции изменчивости параметров возбуждения и приема колебаний.

Суммируя отличия работ автора от работ других исследователей, можно сказать, что основное из них заключается в рассмотрении с единых позиций не отдельных вопросов, а комплекса физико-геологических представлений, моделей, новых теоретических решений, программно-методических разработок и экспериментальных данных, рассмотрения, ориентированного на реализацию в рамках современной цифровой сейсморазведки и на внедрение в производственных масштабах прогноза изменения состава и свойств пород внутри пластов и формации, на создание упорядоченной системы представлений и технических решений, формирующих новое направление сейсмических исследований.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в ряде статей и брощюр (8−13, 16−30). Полученные результаты докладывались на У-IX Всесоюзных геофизических конференциях (Новосибирск, 1963, Ленинград, 1968, Львов, 1972, Тюмень, 1976, Красноярск, 1980), на геофизических конференциях и.

— 2,2.семинарах стран-членов СЭВ (Москва, 1977, Варна, 1978, Лепциг, 1981, Ереван, 1981), на секциях НТС Миннефтепрома, на всесоюзных семинарах и совещаниях по сейсморазведке и др.

Работа выполнена в Центральной геофизической экспедиции Миннефтепрома и Всесоюзном научно-исследовательском институте геофизических методов разведки Мингео СССР,.

Теоретическое изучение вопросов распространения волн выполнено автором. На его основе автором лично развиты идеи, положенные в основу алгоритмов и методик восстановления амплитуд, построения эталонных зависимостей, моделирования. Автором систематизированы данные о влиянии неоднородностей состава и свойств пород на изменчивость их упругих свойств, получены опенки величин аномалий волнового поля и сформулированы требования к точности сейсмических исследований.

Выполненные автором теоретические исследования были широко использованы при подготовке трех кандидатских диссертаций.

Практическая реализация идей: составление программ, инструкций и методических руководств, опробование на экспериментальных материалах и внедрение результатов осуществлялось под научно-методическим руководством автора и при его непосредственном участии.

Существенное значение для выбора направлений выполненных работ сыграло обсуждение разнообразных вопросов тематики исследований с Й. Г. Медовским, В. В. Федынским, Г. Н. Гогоненковым, М. К. Полшковым. Особо следует отметить" активное участие Г. Н.Го-гоненкова в определении общей направленности исследований, описанных во второй части диссертации и во внедрении полученных результатов.

В процессе работ учитывались мнения и рекомендации, высказывавшиеся при обсуждении полученных результатов сотрудниками ИФЗ АН СССР (И.С.Берзон, Г. С. Подъяпольский, В. В. Невский и др.), ИГиРГИ АН СССР (О.К.Глотов, Н.А.Трапезникова), ВНИИГеофизики (И.Г.Медовский, Е. А. Козлов, Е. Е. Земцов, И. К. Кондратьев, А.А.Куна-рёв и др.).

Реализация теоретических и методических разработок и внедрение результатов проходила при активном творческом участии ряда сотрудников ЦГЭ (А.В.Бадалова, Э. М. Буцневий, А. В. Гриншцуна, В. Э. Джемиева, Ю. А. Дятловского, А. В. Макарова, В. Г. Лейтина, А.М.Чер-нобыльской, Н. С. Щушаковой, С. С. Эльмановича и др.), руководителей и сотрудников территориальных производственных организаций («Азнефтегеофизика»: Рагимханова Ф. Г., Полонского Э.М."Шаипова Ф. А Касимова А.Н.- «Башнефтегеофизика» — Еникеева Р. С., Меламеда Б.М.- «Грознефтегеофизика» — Вопаловского З. С., Лабковскиса Б. З., Абрамова В.Н.- «Краснодарнефтегеофизика» — Гамова Б. С., Бинкина И.Г.- «Тюменнефтегеофизика» — Шмелева А. К., Наконечного Ф. Е. Дфрсина C. I Трусова Д. Л. и др.).

В диссертации широко использовались данные опытных и производственных полевых работ, проводившихся под методическим руководством автора в ряде районов нашей страны.

Хочется выразить глубокую благодарность всем лицам, способствовавшим выполнению данной работы.

Часть I. Вопросы геометрической сейсмики слоисто-неоднородных сред.

Цель исследований, составляющих содержание данного раздела, состоит в физико-геологическом обосновании моделей неоднородных пластов на основе количественной оценки характерной для реальных условий изменчивости упругих свойств пород при изменении их состава и свойств. Исследуются также общие особенности распространения сейсмических волн через неоднородные среды.

Решения перечисленных задач служат обоснованием рассматриваемых в дальнейшем вопросов теории и практического применения отраженных волн для выявления внутренней неоднородности пластов и прогноза геологических причин неоднородности.

Многообразие и сложные взаимосвязи геологических факторов, влияющих на упругие свойства пород, затрудняют количественное теоретическое исследование петрофизических соотношений в реальных средах. В связи с этим важнейшее значение по необходимости приобретает изучение и систематизация эмпирических зависимостей между физическими характеристиками пород и определяющими их особенностями геологического строения. Сейсмогеологическое обоснование способов изучения изменчивости состава и свойств пород в силу изложенных причин имеет комплексный характер: данные теории привлекаются для выявления и объяснения тех или иных петрофизических соотношений, а экспериментальные данные — для количественного анализа реально существующих зависимостей и, кроме того, для оценки приемлемости и пределов применимости теоретических моделей.

Основное внимание далее уделено вопросам, связанным с распространением продольных волн.

Выводы к части Ш.

Результаты количественного анализа аномалий, обусловленных латеральной неоднородностью пластов, способ восстановления амплитуд и способ построения эталонных зависимостей являются ключевыми элементами прогнозирования геологического разреза при прямых поисках нефтегазовых залежей, прогнозе литологии и возраста отложений, выявлении зон аномальных давлений. Применительно к решению перечисленных задач разработаны основные положения методик сейсмических исследований, позволяющие обоснованно выбирать объекты для постановки полевых работ, системы наблюдений, граф машинной обработки и приемы интерпретации материалов сейсморазведки. Принципиальной особенностью развитого подхода является ориентация на последовательное решение следующих задач: вначале получение сейсмических данных о физических параметрах пород разреза, затем выявление участков неоднородности и изменчивости физических и сейсмических параметров, после чего геологическое истолкование данных на основе петрофизичес-ких закономерностей и сейсмического моделирования.

В результате применения разработанных методик выявлены неизвестные ранее нефтегазовые залежи, оценены возраст и литология глубоко залегающих пород, установлено наличие зон аномально высоких давлений. Эффективность методик позволила осуществить их широкое промышленное внедрение в производственных геофизических, организациях Миннефтепрома СССР, а также передачу их на основе финансовых контрактов за рубеж.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертацш обобщены и проанализированы теоретические данные и материалы наблюдений о влиянии различных геологических источников внутрипластовой макронеоднородности на изменение упругих характеристик пород. На этой основе исследовано влияние неоднородности реальных сред на свойства отраженных продольных волн. Исходя из результатов. количественного изучения соответствующих неоднородностям особенностей кинематики и динамики волн колебаний, разработаны способы обработки и интерпретации полевых материалов, специально предназначенные для выявления неоднородности внутреннего строения пластов и определения характеристик слагающих их пород. Проанализированы возможности и пути применения сейсморазведки в зависимости от сейсмогеологических особенностей строения объектов изучения, сформулированы требования к методике работ, выполнение которых обеспечивает решение задач изучения внутрипластовых макронеоднородностей. Практическая реализация результатов исследований позволила в широких масштабах внедрить новые способы прямых поисков нефтегазовых за-ледей, выявления зон АВПД, оценки литологии и создало условия для применения других способов определения состава и свойств пород по данным сейсморазведки.

Совокупность результатов выполненных исследований представляет собой упорядоченную систему физико-геологических представлений и соответствующих им моделей, теоретических решений, программно-методических разработок и экспериментально полученных разведочных данных, обеспечивающих, в благоприятных сейсмогеологических условиях, решение задач изучения макронеоднородности внутреннего строения геологических пластов и формаций и прогноза состава и свойств слагающих их пород.

Основные конкретные результаты исследований, описанных в диссертационной работе, заключается в следу идем:

I. Исходя из вариаций скоростей продольных волн, установленных при сейсмическом и акустическом каротаже, а также из теоретических оценок изменчивости скоростей, систематизированы величины скоростной макронеоднородности пород, обусловленной изменением глубины залегания, литологии, состава флюида и т. д. Изменение скорости продольных волн с глубиной в песчаниках, глинах и карбонатах различного возраста происходит по зависимостям сходной формы. Для пород фиксированной литологии в возраста величина нарастания скорости от поверхности до глубин 4−5 км составляет около 2 км/с.Увеличение скорости обусловлено, в основном, уменьшением пористости с глубиной, величина давления играет существенную роль при небольших (до 2 км) глубинах. Причиной скорострнх неоднородностей, приуроченных к зонам аномальных давлений, являются, в большей мере, не сами аномалии давления, а связанные с ними аномалии пористости. Скоростная неоднородность при литологичееит замещении карбонаты/песчано глинистые порода составляет, независимо от глубины, 2−3 ад/с. При замещениях глина/песчаник изменения скорости возрастают, в среднем, с глубиной от нескольких десятков до нескольких сотен метров в оекундг* При замене вода в порах породы на углеводороды изменение скорости продольных волн мало зависит от глубины и пористости, составляя для газа — около 0*5 ад/о, для нефти, в зависимости от её газонасыщенности, 0.25 км/с и менее. Наличие для водонаснщенных пород тесных корреляционных связей скорости продольных волн со скоростью поперечных колебаний,.

—. ,. .".. ^ щ плотностью}параметрами поглощения позволяет считать, что неоднородность этих величин вследствие изменений глубины? литологии, давления, пористости характеризуется качественно такими же особенностями, как и неоднородность по скорости продольных волн.

В связи с ростом абсолютных величин скоростей и плотностей с глубиной влияние всех факторов на степень неоднородности пластов убывает*.

2.Получены количественные соотношения, связывающие интенсивность сейсмических волн с конфигурацией их годографов (формой поверхности t0, эффективными скоростями)* Эти соотношения являются теоретическим обоснование" метода коррекции амплитуд отражений за влияние покрывающей среды и способов оценки влияния кривизна границ на интенсивность колебаний.

3. Количественно исследовано влияние поглощения и дисперсии фазовой скорости на распространение колебаний, установлены эффективные параметры неоднородных поглощающих сред, проанализировано влияние частотно-зависимого затухания на форму, интенсивность, преобладающую частоту сейсмических импульсов. Показана допустимость использования для практических целей представлений об экспоненциальном затухании амплитуд и линейном увеличении преобладающей частоты с расстоянием при распространении сейсмических импульсов в поглощащей среде. Разработан и внедрен способ расчета синтетических сейсмограмм, учитывающих влияние поглощения на прохождение и отражение колебаний.

4. Количественно исследовано влияние вцутрипластовых неоднородностей на кинематические и динамические особенности отраженных волн*.

Показано, что для выявления и изучения внутрипластовнх неоднородностей с резкими боковыми границами наиболее эффективным является анализ амплитуд отражений от изучаемого пласта в сочетании с анализом скоростей суммирования и других параметров волн, проходящих через неоднородный пласт.

Для выявления и изучения неоднородностей, характеризущихся плавными изменениями свойств вдоль напластования, наиболее эффективным является сравнение физических параметров отложений, найденных по данным сейсморазведки, с эталонными значениями этих параметров, соответствующих априорно задаваемым гипотетическим особенностям геологического строения изучаемой толщи*.

5* Разработана и внедрена методика выявления аномалий интенсивности, основанная на приведении наблюденных амплитуд отражений к амплитудам плоских волн, отраженных по нормали к границам и обеспечивающая сохранение близких к действительным соотношений коэффициентов отражения вдоль границ и между границами. Основой методики является использование следующих процедур: а) компенсации потерь энергии, обусловленных геометрическим расхождением и частотным затуханием, путем усиления колебаний в соответствии с функцией времени, рассчитываемой по эффективным скоростям, конфигурации границ и величиной декремента затуханийб) компенсации неидентичности условий возбуждения и приема колебаний путем двухэтапного выравнивания в широком временном окне формы амплитудных спектров и ивтенсивностей сейсмических трассв) поинтервального автоматического выравнивания остаточных.

— -. фазовых сдвигов для отражений от исследуемых (например, потенциально продуктивных) толщг) линейной визуализации амплитуд на окончательных разрезах*.

Сформулированы требования к условиям проведения и методике сейсмических исследований при изучении аномалий интенсивности отражений, важнейшим из которых является необходимость в несколько раз более глубокого ослабления кратных волн, чем при структурных исследованиях*.

6* Разработана и внедрена методика выявления аномалий интервальных скоростей сейсмических волн, основанная на применении эталонных зависимостей скорости от глубины* Основой методики является использование следущих процедур: а) построение по данным каротажа нормальных зависимостей скорости от глубины для пород фиксированной литологии и возрастаб) оценка различий современной глубины залегания изучаемых пород и максимальной палеоглубины, достигавшейся на протяжении геологической историив) учет априорной информации о литолого-стратиграфическом строении изучаемых породг) определение по нормальным зависимостям эталонных значений скорости для гипотетически заданных термодинамических условий залегания породд) учет влияния анизотропии покрывающей среды на результаты определения интервальных скоростей по данным сейсморазведки.

Сформулированы требования к условиям проведения и методике сейсмических исследований при выявлении аномалий скоростей, важнейшим из которых является обеспечение априорно задаваемой точности определения скоростей.

7. Результаты количественного анализа аномалий свойств отражений, о0условленных лотераяьной неоднородностью пластов, методика восстановления амплитуд и методика построения эталонных зависимостей являются ключевыми элементами способов прогнозирования геологического разреза при прямых поисках нефтегазовых залежей, оценке литологии и возраста отложений, выявлении зон аномально высоких давлений} детальном расчленении разреза по данным сейсморазведки и бурения. Прогнозированиеосуществляется путей выявления внутрипластовых (внутриформационных) макронеоднородностей разреза по особенностям волнового поля и последующем геологическом истолковании неоднородностей на основе оценок соответствия между величиной сейсмических аномалий и возможной величиной изменения петрофизических параметров пород для априорно допустимых геологических ситуаций. На Северном Кавказе и в Западной Сибири в результате внедрения разработанных методик выявлены неизвестные ранее нефтегазовые залежи, установлена конфигурация обширных областей проявления высоких пластовых давлений, оценена литолого-стратиграфическая принадлежность глубоко залегающих пород. Эффективность методик, обеспечила их широкое промышленное внедрение в производственных геофизических организациях, а также передачу на основе финансовых контрактов за рубеж.,.