МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ РФ

ЗАО “СИБНЕФТЕГАЗГЕОФИЗИКА”

“УТВЕРЖДАЮ”

Генеральный директор

ЗАО “Сибнефтегазгеофизика”

___________ Б.Ф. Адамович

“____” __________ 2001 г.

Рекомендации по методике изучения и учета аномалий ВЧР

в районах широкого развития вечной мерзлоты с

использованием вибрационных источников.

Ответственный исполнитель

к.г.-м.н. Ю.П. Бевзенко

Исполнители: Долгих Ю.Н.

Зозуля В.А.

Шулик С.И.

Такмаков С.Н.

Новосибирск

2001

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ.

1. Бевзенко Ю.П. - общее руководство работами, исследования и разработка, составление текста рекомендаций, участие в полевых работах.

2. Долгих Ю.Н. - обработка, интерпретация материалов, исследования, составление текста рекомендаций, участие в полевых работах.

3. Зозуля В.А. - обработка материалов, участие в полевых работах.

4. Шулик С.И. - обработка материалов, участие в полевых работах.

5. Такмаков С.М. - участие в полевых работах.

Бевзенко Ю.П., Долгих Ю.Н. и др.

Рекомендации по методике изучения и учета аномалий ВЧР в районах широкого развития вечной мерзлоты с использованием вибрационных источников в 1 книге.

Рекомендации содержат 34 стр. текста, 26 стр. рисунков, 2 стр. библиографических названий.

ЗАО “Сибнефтегазгеофизика”, 630005, г. Новосибирск, ул. Ломоносова-57

Реферат: Собраны и проанализированы материалы геокриологических исследований на территории Западной Сибири, обобщены материалы сейсмических работ с изучением зоны малых скоростей и толщи многолетнемерзлых пород. Разработана новая технология сейсморазведочных работ - многоуровневая сейсморазведка, обеспечивающая существенное повышение точности работ. Исследованы возможности и разработаны схемы многоуровневой вибрационной сейсморазведки. Даны предложения по внедрению новой технологии на основе вибраторов, снабженных сейсмической приемно-регистрирующей системой.

Ключевые слова: высокоточная сейсморазведка, зона малых скоростей, криолитозона, вибрационная сейсморазведка.

	СОДЕРЖАНИЕ	Стр.
1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 3. 3.1. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3. 3.1.4. 3.1.5. 3.2. 3.3. 3.4.	ВВЕДЕНИЕ. ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, СЕЙСМОГЕО-ЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РЕГИОНА. Геологическое строение. Общая краткая геокриологическая характеристика Западно-Сибирской плиты. Модели ВЧР в районах развития мерзлых толщ. Модели южной геокриологической зоны. Модели центральной геокриологической зоны. Модели северной геокриологической зоны. АКУСТИЧЕСКИЕ И СЕЙСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕРЗЛЫХ ТОЛЩ. Акустические свойства мерзлых грунтов. Изучение криолитозоны при поиске и разведке нефтегазо-перспективных структур сейсмическим методом с применением взрывов. Полевое моделирование трехуровневой вибрационной сейсморазведки. Опытно-производственное опробование элементов технологии многоуровневой вибрационной сейсморазведки. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ВЫПОЛ-НЕНИЮ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ РАБОТ В РАЙОНАХ ШИРОКОГО РАЗВИТИЯ МЕРЗЛЫХ ТОЛЩ. Проектирование работ, определение модели ВЧР. Сбор материалов, определение модели ВЧР. Обоснование для выбора систем полевых наблюдений. Система полевых наблюдений без дополнительной приемной системы. Системы полевых наблюдений с применением дополнительных приемных систем. Изучение параметров ВЧР независимо от основного процесса сейсморазведки. Технология обработки данных с целью изучения и учета ВЧР, оценка погрешностей. Оборудование и технология выполнения полевых работ. Опытные работы. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.	7 10 10 10 18 18 18 18 19 19 22 26 36 48 48 48 49 52 52 54 56 57 58 59 61

СПИСОК РИСУНКОВ.

Стр.

Рис.1. Гистограммы распространения нефтеперспективных объектов по площади и по амплитуде, выявленных сейсморазведкой в различные периоды освоения территорий Западной Сибири. Рис.1.1. Обзорная карта и схема температуры многолетнемерзлых пород севера Западной Сибири. Рис.1.2. Схема регионального районирования континентальной части Западно-Сибирской плиты по характеру вертикального строения и мощности толщ многолетнемерзлых пород (Кудряшов В.Г., Трофимов В.Т., 1982 г.). Рис.1.3. Геолого-геокриологический разрез по линии III - III. Рис.1.4. Геолого-геокриологический разрез по линии I - I (по Белоусову В.Ф. и др.) Рис.2.1. Зависимости скорости продольных волн в породах ВЧР от температуры. Рис.2.2. Вертикальное сейсмопрофилирование специальной скважины 1с (Ноябрьский район). Рис.2.3. Примеры выделения верхней границы реликтовой мерзлоты методом преломленных волн. Рис.2.4. Сопоставление временных разрезов с выделением верхней границы реликтовой мерзлоты. Рис.2.5. Выделение границ реликтовой мерзлоты методом отраженных волн. Рис.2.6. Сейсмограммы основной (а) и дополнительной (б) систем наблюдений, полученные от общего пункта возбуждения. Рис.2.7. Схема строения ВЧР, характерная для Северо-Часелькой площади. Рис.2.8.Монтаж встречных годографов по исходному материалу, полученному с одним вибратором. Рис.2.9. Монтаж встречных годографов по исходному материалу, полученному с одним вибратором, после коррекции статических поправок. Рис.2.10. Суммарный временной разрез с прослеживанием отражений от кровли и подошвы реликтовой мерзлоты. (редактирование, вычитание низкоскоростных помех, коррекция статических поправок) Рис.2.11. Временной разрез с прослеживанием головной волны от кровли реликтовой мерзлоты. (нижний мьютинг, корректирующая статика, скорость суммирования 3000 м/с) Рис.2.12. Временной разрез с прослеживанием головной волны от подошвы ЗМС. (нижний мьютинг, корректирующая статика, скорость суммирования 1720 м/с, поправка во времена - 100 мс.) Рис.2.13. Временной разрез с прослеживанием головной волны от кровли поверхностной мерзлоты. (нижний мьютинг, корректирующая статика, скорость суммирования 2250 м/с, поправка во времена - 100 мс.) Рис.2.14. Прослеживание отражений от границ реликтовой мерзлоты в неоптимальном (0-200 м.) диапазоне удалений при шаге возбуждения 50 м. Рис.2.15. Прослеживание отражений от границ реликтовой мерзлоты в оптимальном (150-350 м.) диапазоне удалений при шаге возбуждения 50 м. Рис.2.16. Волновая картина вблизи вибратора при регистрации системой наблюдения с малым (2 м.) шагом пунктов приема. Рис.2.17. Волновая картина вблизи вибратора при регистрации системой наблюдения с малым (4 м.) шагом пунктов приема. Рис.2.18.а-г. Полевые сейсмограммы вибросейсмических работ, характерные для центральной геокриологической зоны. Рис.2.19. Характерные сейсмограммы дополнительной системы наблюдения, пр. 17, СП 5/00. Рис.2.20.а. Фрагмент временного разреза головной волны от подошвы ЗМС по данным буксируемой сейсмической косы, профиль № 7 СП 5/00. Рис.2.20.б. Фрагмент временного разреза головной волны от подошвы ЗМС по данным стандартной системы наблюдений МОВ-ОГТ, профиль № 7 СП 5/00. Рис.2.21.а. Графики разности поправок за ЗМС, рассчитанных по данным основной системы наблюдений МОВ-ОГТ и данным буксируемой сейсмической косы (БСК). Профиль № 8 СП 5/00. Рис.2.21.б. Графики скоростей в породах, подстилающих ЗМС, рассчитанные по данным основной системы наблюдений МОВ-ОГТ (тонкая линия) и данным буксируемой сейсмической косы (толстая линия). Профиль № 17 СП 5/00. Рис.2.22. Карта поправок за ЗМС. Рис.2.23. Карта поправок за изменчивость толщи мерзлоты. Рис.2.24. Структурная карта по горизонту Г без учета ВЧР. Рис.2.25. Структурная карта по горизонту Г после учета ВЧР.

8 11 13 15 16 20 21 23 24 24 27 28 30 30 31 31 33 33 34 34 37 38 39 40 41 41 42 42 43 45 46 47

ВВЕДЕНИЕ.

Экологические условия северных районов Западной Сибири характеризуются низкой устойчивостью экосистемы, что обусловлено наличием многолетней мерзлоты и неуклонным потеплением климата планеты. Указанное обстоятельство необходимо учитывать в процессе освоения территорий, как при составлении проектов долгосрочных сооружений, так и в процессе выполнения сейсморазведочных работ.

В частности при сейсморазведке, с целью защиты неустойчивого верхнего слоя почвы, ограничивается использование буровзрывных работ и увеличивается применение вибрационных источников.

Однако, многолетний опыт использования вибрационных источников в ЯНАО показал, что применяемые технологии полевых работ не обеспечивают требуемой точности сейсмоструктурных построений.

Основные факторы, способствующие снижению точности работ следующие:

• влияние зоны малых скоростей и зоны многолетней мерзлоты на локальные изменения времен прихода сейсмических волн;

• влияние контрастных границ акустической жесткости на образование многократных волн;

• влияние скоростной дифференциации пород верхнего слоя на эффективность группирования приемников и источников сейсмических волн.

Применяемые методики полевых работ не обеспечивают изучения и учета перечисленных выше основных факторов искажения волновых полей, а их “неучет” приводит к существенному снижению точности структурных построений.

Материалы статистических исследований свидетельствуют о постоянном уменьшении размеров и амплитуд поисковых нефтегазоперспективных объектов.

Так, до 1986 г. большинство выявленных объектов имело площадь 20-50 кв. км., амплитуду 25-50 м. (рис.1) [ 7 ], а в период с 1986 по 1990 г. - площадь менее 10 кв. км., амплитуду 10-15 м.

Резкое уменьшение амплитуд и размеров выявленных объектов требует повышения точности сейсморазведочных работ, что может быть обеспечено тщательным учетом модели верхней части разреза.

Учитывая острую необходимость повышения точности сейсморазведочных работ, обусловленную неуклонным уменьшением амплитуд и размеров нефтегазоперспективных объектов, фирмами “Герус”, “Сейсмические технологии” , “Сибнефтегазгеофизика” в период 1996 - 2000 гг. проводились исследовательские работы, направленные на повышение точности вибросейсмических работ в районах широкого развития мерзлых толщ.

Так, в 1996-97 гг. на участке Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения фирмой “Герус” были получены полевые экспериментальные материалы с применением вибраторов фирмы Геосвип, показывающие

методические возможности изучения ВЧР в процессе выполнения полевых работ.

В 1998 г. той же фирмой в результате выполнения экспериментальной обработки материалов производственной партии на Северо-Ямсовейской площади, полученных с применением вибраторов Мерц-27, была показана возможность учета влияния мерзлых толщ и повышения точности сейсмоструктурных построений.

В 1999-2000 гг. фирмой “Сейсмические технологии” совместно с фирмой “Сибнефтегазгеофизика” на Ягенетской площади получены экспериментальные материалы с применением вибраторов “Геосвип” по технологии многоуровневой сейсморазведки, суть которой состоит в одновременном приеме сигналов, возбуждаемых группой вибраторов, различными по параметрам приемными системами.

В 2000 г. фирмой “Сейсмические технологии” выполнена обработка материалов вибросейсмических работ на Меретояхинской площади с построением модели ВЧР.

Большой объем полученных экспериментальных материалов составил основу первичных данных для разработки методических рекомендаций.

Настоящие методические рекомендации по проведению сейсморазведочных работ в районах широкого развития вечной мерзлоты с использованием вибрационных источников с целью повышения точности сейсмоструктурных построений на основе учета аномалий ВЧР, включая ЗМС и многолетнюю мерзлоту, составлены по результатам, полученным в процессе проведения работ в рамках тематики ЗАО “Герус”, ОАО НПФ “Сейсмические технологии” и специальных исследований, выполненных ЗАО “Сибнефтегазгеофизика” по теме № 1 в соответствии с Контрактом № 00-31-728 от 2.10.2000 г.

Применение предусмотренных рекомендациями методических приемов позволяет существенно снизить погрешность сейсморазведочных работ в районах развития вечной мерзлоты.

Разработанные приемы и рекомендации охватывают этапы работ от проектирования до окончательных сейсмоструктурных построений.

Настоящие рекомендации адресованы в равной степени, как организациям, финансирующим нефтегазопоисковые работы, так и геофизическим предприятиям, выступающим в роли подрядчиков.

Первые на основе изучения рекомендаций смогут сформулировать геологические задания на выполнение работ, вторые - определить необходимые для выполнения высокоточных работ материально-технические ресурсы.

В целом применение рекомендаций позволит повысить качество информационной базы геофизических работ и снизить риск бурения неэффективных скважин.

Рекомендации разработаны на основе данных по Западной Сибири, но общие принципы ведения высокоточных работ применимы и для других регионов, в которых развиты многолетнемерзлые породы.

1. Геологическое строение, сейсмогеологические и геокриологические условия региона.

1.1. Геологическое строение.

В геологическом строении центральной и северной частей Западно-Сибирской низменности распространены отложения триасового, юрского, мелового, палеогенового и четвертичного возраста.

Триасовые отложения вскрыты на глубинах зачастую превышающих 5000 м. Они представлены вулканогенно-осадочными породами либо платформенными грубообломочными материалами. Рядом скважин вскрыты палеозойские метаморфические сланцы, базальты, известняки.

В составе юрских отложений выделяются береговая, горелая, ягельная, тюменская, васюганская (или абалакская), георгиевская и баженовская свиты.

Нижнеюрские отложения (горелая свита) представлены монотонной песчано-глинистой толщей мощностью до 500 и более метров. В толще встречаются глинистые пачки.

Среднеюрские отложения (тюменская свита) представлена ритмичным переслаиванием прослоев и линз песчаников, алевролитов и глин, не выдержанных по простиранию и часто замещающих друг друга. Мощность свиты от 300 до 700 м. В кровле свиты выделяется песчаный пласт ЮС2.

Васюганская, георгиевская и баженовская свиты общей мощностью около 100 м. представлены преимущественно глинами и аргиллитами.

Меловые отложения общей мощностью около 2000 м. представлены переслаиванием песчаников, алевролитов, аргиллитов и глин.

Палеогеновые и четвертичные преимущественно глинистые отложения завершают осадочный чехол Западно-Сибирской плиты.

Рельеф региона преимущественно равнинный, местами распространены увалы с перепадами высот до 80 м.

В тектоническом отношении осадочный чехол в основном характеризуется спокойным субгоризонтальным залеганием слоев, вместе с тем на территории региона имеют место как постседиментационные, так и древние тектонические нарушения.

Как правило, нефтегазоперспективные объекты представлены пологими куполовидными структурами, либо участками моноклиналей с литологическим или тектоническими экранами, образованные малоамплитудными тектоническими нарушениями.

1.2. Общая краткая геокриологическая характеристика Западно-Сибирской плиты.

Подобная характеристика геокриологических условий может быть получена из ряда монографий [1, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 17]. На рис. 1.1 показана схема температур мерзлых пород на территории Западной Сибири.

Основные факторы, влияющие на распространение и состояние мерзлых пород в региональном плане, это историческая динамика космического и внутриземного тепловых потоков. Периоды похолоданий (ледниковые

периоды) приводили к образованию в приполярных районах земли мощных толщ мерзлых пород. Периоды потеплений сопровождались деградацией (разрушением) мерзлых толщ. Чередование похолоданий и потеплений способствовало образованию на части территории Западной Сибири двухслойной мерзлой толщи.

Согласно [14] в настоящее время применяется 4 способа регионального районирования территории Западной Сибири:

1. по особенностям распространения и среднегодовым температурам многолетнемерзлых и талых пород;

2. криолитологическое районирование, т.е. районирование по типам и генезизу мерзлых пород (сингенетическое, либо эпигенетическое промерзание);

3. по особенностям вертикального строения и мощности толщ многолетнемерзлых пород ;

4. по комплексу признаков, входящих в первые три способа районирования.

Относительно рассматриваемой проблемы - повышение точности сейсморазведки, - наиболее актуальным является районирование по особенностям вертикального строения и мощности многолетнемерзлых пород.

Согласно этой классификации (рис. 1.2), территория Западно-Сибирской плиты разделена на три зоны, в пределах каждой из которых выделяются области по глубине залегания подошвы толщ многолетнемерзлых пород, а в каждой области - районы по мощности толщи многолетнемерзлых пород.

Северная зона, занимающая заполярные районы плиты, характеризуется главным отличительным признаком - преимущественно сплошным (монолитным) строением мерзлой толщи начиная с подошвы сезонно талого слоя. Талики существуют лишь под руслами рек и под озерами. Сквозное протаивание - под руслами наиболее крупных рек, под губами и заливами.

Вторая особенность северной зоны - ступенчатое изменение мощности мерзлых толщ, уменьшающейся от древних геоморфологических уровней к молодым.

Третья особенность - наличие в мерзлой толще линз криопэгов - перенасыщенных переохлажденных растворов солей, находящихся в незамерзшем состоянии.

В северной зоне выделено 10 областей характеризующихся индивидуальными особенностями по глубине залегания подошвы мерзлой толщи, изменяющейся в различных областях от 300 до более, чем 500 метров.

Центральная зона занимает территорию от Северного полярного круга до южной границы распространения многолетнемерзлых пород, залегающих непосредственно под слоем сезонного протаивания. На юго-западе территория зоны включает в себя районы верховьев рек Пелым и Малая Сосьва, в центральной части она опускается до верховьев рек Большой Салым и Большой Балык и прослеживается до устья р.Вах и верховьев р.Сым на востоке.

Для этой зоны характерно в основном, широкое развитие двухслойного строения мерзлоты. Однако, наряду с двухслойным строением во многих

районах на севере зоны развиты сплошные по разрезу мощные мерзлые толщи, а также несливающиеся и глубокозалегающие мерзлые толщи.

Нижняя граница мерзлых толщ в юго-западной части зоны редко погружена ниже 150 м, в северо-восточной она фиксируется на глубине 350 - 400 м.

Мощность реликтового слоя в юго-западных районах не превышает 100 м, в большинстве случаев составляет 30 - 70 м. В центральной районах зоны мощность реликтового слоя возрастает с юго-запада на северо-восток от 50 - 70 м до 200 м. В восточных и северо-восточных районах мощность реликтового слоя достигает 200 м.

Нижняя граница мерзлых пород верхнего слоя погружается в направлении с юга на север. Глубина ее залегания в южных районах от первых метров до 10 - 15 м, в центральной по широте части до 100 м, на многих участках севера верхний слой мерзлых пород сливается с нижним - реликтовым.

Мощность межмерзлотного талого слоя изменяется от 100 м в южных районах до 20 - 50 м и полого выклинивается при движении на север.

По глубине залегания нижней границы мерзлоты на территории центральной зоны выделены три области. На рис.1.3, 1.4 показаны примеры строения мерзлой толщи в северной и центральной геокриологических зонах.

Южная зона расположена к югу от границы распространения многолетнемерзлых пород, залегающих непосредственно под слоем сезонного промерзания. Южная граница этой зоны проводится во многих районах условно. В западной части плиты реликтовая мерзлота обнаружена близ широты г.Ивдель и пос.Горноправдинск, в центральной части - в долине р.Большой Юган, на востоке южная граница проходит в среднем течении р.Кеть.

Кровля многолетней мерзлоты на всей территории находится от 70 - 80 м до 200 - 250 м и более. В крайних западных районах она находится преимущественно на глубине 100 м, в центральных - на глубине 200 м, в крайних восточных опускается на глубину до 250 м.

Подошва реликтовой толщи в целом погружается с запада от глубины не превышающей 150 м на восток и составляет в пределах Обь-Иртышского и Вах-Кетского междуречий 200 - 300 метров, а на востоке, в бассейнах рек Кеть и Сым - 350 - 450 м.

По этим особенностям на территории южной зоны выделены три области.

Из анализа представленных материалов видно, что общая мощность толщи, охваченной криогенезом, увеличивается с юга на север. В этом же направлении происходит понижение температуры мерзлоты.

Следовательно, по-мере продвижения с юга на север увеличивается и влияние аномалий мерзлой толщи на сейсмическое волновое поле.