1.4. Сейсмофациальный анализ
Сейсмофациальный анализ является базовым понятием сейсмостратиграфии, занимающей главное место в перечне основных методов исследования осадочных бассейнов / 70 /. Впервые о сейсмостратиграфии как о новом научном направлении заговорили в 1975 году на ежегодной конференции Американской ассоциации геологов-нефтяников. Основные положения этого нового направления были изложены в трудах Ч.Пейтона / 32 / и Р.Шериффа / 87 /. Конечной, утилитарной задачей сейсмостратиграфии является прогноз неантиклинальных ловушек углеводородов. Использование этого метода стало возможным в связи с появлением современной вычислительной техники и внедрением технологии многократного суммирования сейсмических сигналов.
Сейсмическая стратиграфия ставит своей задачей анализ волновой картины с целью выделения основных формаций и фаций, выяснения их внутренней структуры и особенностей формирования. Основные этапы такого анализа заключаются в следующем: 1) выделение и корреляция сейсмических комплексов, определение их возраста; 2) определение и анализ сейсмофаций; 3) анализ относительных изменений уровня моря. Таким образом, сейсмостратиграфическое изучение осадочных толщ включает в себя сейсмофациальный анализ и анализ сейсмокомплексов.
Под сейсмофацией или сейсмофациальной единицей понимается картируемое трехмерное пространство сейсмического волнового поля, характеризующееся определенными параметрами, отличающимися от параметров соседних сейсмофациальных единиц, или от соседних объектов волнового поля / 29 /. Сейсмофация отвечает разрезу до нескольких сотен миллисекунд и возрастному диапазону до нескольких миллионов лет. Наименьшей единицей фациальной (вещественной) специализации является сейсмослой. Он не превышает первых миллисекунд, а его возрастной диапазон измеряется сотнями тысяч лет и менее.
Сейсмофациальный анализ – описание и геологическая интерпретация параметров сейсмических отражений, включая их конфигурацию, непрерывность, амплитуду, частотный спектр и интервальные скорости. Каждый параметр несет определенную информацию о геологическом строении изучаемого интервала. Конфигурация отражений тесно связана с основными характеристиками напластования, непрерывность отражений – с непрерывностью пластов, амплитуда показывает соотношение плотности и скорости, частота зависит от мощности пластов и т.д.
Целью сейсмофациального анализа является восстановление обстановки осадконакопления и прогноз литофаций по данным сейсморазведки. При этом следует иметь в виду, что прямой корреляции между определенным типом рисунка волновой картины и литологическим составом пород не существует. По закономерностям латеральных и вертикальных смен характеристик волнового поля можно оценить физическую неоднородность осадочного комплекса пород и сопоставить ее с литофациальной зональностью известных седиментационных систем. При наличии скважин, вскрывших изучаемые отложения, весьма информативной процедурой становится установление на разбуренных участках соответствия между сейсмофациями и литофациями с последующей экстраполяцией на весь осадочный комплекс.
Применение сейсмофациального анализа особенно актуально на этапе разведки, когда возникает необходимость по материалам поискового бурения и сейсмических исследований дать прогноз распространения литотипов в пределах залежи с целью оптимального заложения скважин. В такой ситуации необходимо максимально эффективно использовать результаты динамической интерпретации данных сейсморазведки в целях установления связей между сейсмическими атрибутами и литологическими разностями, формирующими разрез.
Итоговым документом рассматриваемого метода являются карты сейсмофаций, составленные с привлечением технологии автоматической классификации на основе нейронных сетей. Существует ряд программных пакетов и модулей, работающих как с 2D, так и с 3D данными, на основе которых выполняются стратиграфические построения и многоатрибутный анализ. Наиболее известным среди них является программно-технологический комплекс, включающий программный пакет Stratimagic и дополнительные модули SeisFacies и NexModel. Этот комплекс, получивший успешную апробацию на ряде площадей Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна, обеспечивает основные процедуры современного сейсмофациального анализа / 25 /.
Рисунок сейсмической записи является основным инструментом для расшифровки фациального облика и вещественного состава осадочных отложений. Однако его применение должно проводиться с большой осторожностью, так как на рисунок записи влияют различные факторы седиментогенеза, последующие процессы преобразования горных пород, поверхностные условия возбуждения сейсмических волн, частотный спектр и технология проводимых работ. Поэтому близкие рисунки сейсмической записи в разных регионах могут характеризовать различные фациальные обстановки и вещественный состав и, наоборот, несхожие сейсмические записи могут отвечать близким фациальным обстановкам и вещественному составу отложений. Рисунок сейсмической записи надо обязательно комплексировать с палеогеоморфологическими критериями, аккумулятивными телами и данными бурения. При проведении сейсмофациальных исследований рекомендуется вырабатывать свои региональные и локальные тесты, которые можно использовать на относительно ограниченных площадях / 48 /.
В целом крупные фациальные единицы характеризуются определенными закономерностями рисунка сейсмической записи, которые и определяют возможность использования сейсморазведки для изучения особенностей их строения. Выделяются следующие виды конфигураций отражений: параллельные, субпараллельные, расходящиеся, сигмовидные, косослоистые, черепицеобразные, холмовидные, бугристые, хаотичные и прозрачные (неслоиcтые) (рис. 7).
.
С
– Модели хаотических или отсутствующих
отражений
9
10
1
3
2
4
3
6
8
1
5
7
7
Сигмовидные
Тангенциальные
Параллельные
Сигмовидно-косослоистые
Черепитчатые
Рис. 7. Некоторые морфологические типы сейсмических отражений (сейсмофаций): 1 – параллельный; 2 – субпараллельный; 3 – волнистый; 4 – расходящийся; 5 – бугристо-волнистый; 6 – линзовидный; 7 – с разрывом; 8 – холмистый; 9 – хаотичный; 10 – отсутствие отражений / 74, 75 /.
Параллельные и субпараллельные, а также волнистые сейсмические отражения характерны для толщ, накапливающихся при равномерном темпе осадконакопления в условиях вертикальной седиментации. Такая обстановка типична для участков равномерно погружающегося шельфа или для областей стабильного положения дна бассейна. Рисунок сейсмофации отражает выдержанность и параллельность поверхностей наслоения и характеризует осадки, возникшие в спокойной относительно глубоководной обстановке, в которой обычно накапливаются глинистые, глинисто-кремнистые и глинисто-карбонатные толщи. Волнистый рисунок сейсмической записи вызван постседиментационными тектоническими преобразованиями осадочных толщ.
Расходящаяся конфигурация отражает изменение темпа осадконакопления или наклона дна бассейна седиментации. Первый случай представляет крылья конседиментационных тектонических структур. За счет неравномерного прогибания от положительных структур к отрицательным происходит увеличение мощности слоев, приводящее к расхождению отражающих границ. Поэтому, в данном случае картина сейсмической записи отражает прежде всего конседиментационную тектонику, а не особенности фациальной обстановки. Только расходящиеся отражения, характеризующие континентальные палеосклоны бассейна можно включать в седиментационный тест сейсмических конфигураций.
Сигмовидные и косослоистые отражения возникают при латеральной седиментации и характерны для тел бокового наращивания в зоне перехода от шельфа к днищу глубоководного бассейна. Сигмовидные отражения образуются при относительном дефиците осадочного материала и относительно быстром прогибании или быстром относительном подъеме уровне моря. Наклон седиментационных поверхностей не превышает 10. Для такой обстановки характерен низкоэнергетический режим осадконакопления. У косослоистых отражений с намечаемой тангенциальной косой и параллельной косой слоистостями наклон седиментационных поверхностей может достигать 100. При этом типе отражений осадконакопление характеризуется относительно интенсивным поступлением терригенного материала при неизменном уровне моря. В результате обеспечивается быстрое заполнение бассейна при относительно высокоэнергетической обстановке осадконакопления.
Черепицеобразные отражения образуются при боковом наращивании осадков в условиях мелководья.
Холмовидные и бугристые конфигурации определяют аккумулятивные тела типа баров, конусов выноса или оползневых песчаных тел продельты. При этом следует учитывать, что эффект холмообразной сейсмофации может быть вызван наличием интерферирующих отраженных волн в литологически изменчивых толщах.
Хаотические отражения свойственны постседиментационным оползневым блокам и зонам повышенной тектонической деформированности, а также грубым континентальным толщам типа моласс. Для осадочных толщ такой рисунок волновой картины может свидетельствовать о высокоэнергетической среде седиментации.
Прозрачная запись обычно связана с плохо выраженными скрытыми перерывами, не имеющими резких ограничений.
С помощью региональной сейсмостратиграфии можно картировать крупнейшие палеоландшафтные области осадконакопления. Так, например, низменная палеосуша намечается по наличию в разрезе континентальных отложений, которые характеризуются чаще прерывистыми искривленными осями синфазности с относительно слабой динамической выраженностью. Низменную палеосушу обычно определяют наземные палеоврезы, наиболее крупные из которых затухают к палеопобережью. Неровные изрезанные поверхности угловых несогласий являются диагностическим признаком палеосуши / 48 /.
Палеошельфы определяются выдержанными на значительном расстоянии динамически выраженными сейсмическими отражениями. Ровные поверхности угловых несогласий являются диагностическим признаком палеошельфа. Первичные палеосклоны являются наиболее объективным критерием для реконструкции палеорельефа. В водных бассейнах они позволяют определить минимальные палеоглубины. К первичным палеосклонам всегда приурочена опорная отражающая граница несогласия, являющаяся их диагностическим признаком.
В области структурного анализа, дополняющего фациальные исследования, региональная сейсмостратиграфия способна разделять доседиментационные, конседиментационные и постседиментационные тектонические наклоны. Первые из них намечаются по прислонению слоев к наклонной поверхности подстилающего субстрата; конседиментационные структуры определяются увеличением наклона слоев вниз по разрезу; постседиментационные структуры характеризуются параллельным изгибом слоев. В инверсионных структурах величина наклона сверху вниз уменьшается вплоть до появления обратных наклонов / 48 /.
Сейсмостратиграфические параметры позволяют устанавливать присутствие или отсутствие размывов и несогласий. В первом случае фиксируются шероховатые отражения, во втором – гладкие. При дифференцированных нисходящих вертикальных тектонических движениях образуются несогласия трансгрессивного конседиментационного налегания, при резких кратковременных опусканиях – несогласия прислонения, при вторичных нисходящих вертикальных движениях, связанных с растяжением нижней части консолидированной коры, - несогласия растяжения. Относительные подъемы (трансгрессии) на шельфе вырабатывают новый уклон со срезанием слоев. В отличие от угловых тектонических несогласий, несогласия в результате трансгрессии не вписываются в структурный план региона и расположены параллельно бровке шельфа и береговой линии. Относительные колебания уровня моря образуют несогласия подошвенного (прибрежного) налегания, при подъеме – трансгрессивного, а при опускании – регрессивного.
С целью прогноза значений петрофизических параметров устанавливают их связи с величинами сейсмических атрибутов. Для этого оцениваются статистические связи, строятся кроссплоты, вариограммы, определяются парные и множественные регрессии и т.п. Возможность и точность прогноза петрофизических параметров определяются теснотой используемых для этого статистических связей.
Таким образом, использование сейсмофациальных исследований в комплексе с данными литолого-фациального анализа по керну скважин и материалами каротажа позволяет прогнозировать распространение литотипов по латерали и разрезу, а также соответствующих им коллекторских свойств, и на базе полученных прогнозных карт планировать размещение разведочных и опережающих эксплуатационных скважин. Кроме того, выявленные закономерности изменений и особенностей волновой картины позволяют прогнозировать литолого-фациальную зональность, как на этапе поиска, так и разведки и пробной эксплуатации месторождения.