1.3 Этапы сейсморазведочных работ
Сейсморазведочные работы включают этапы проектирования, полевых работ, камеральных работ.
Этап проектирования заключается в обосновании (исходя из геологических задач) и проектировании методики полевых работ, обработки и интерпретации данных, выполнении сметных расчетов, составлении графика работ. Результатом является проект проведения сейсморазведочных работ.
Полевые работы заключаются в получении исходной сейсмической информации (сейсмограмм) и по стоимости и важности являются основным этапом сейсморазведочных работ. Оборудование, которое используется при проведении сейсморазведочных работ включает источники сейсмических волн, сейсмоприемники, средства регистрации (сбора) данных, обрабатывающие системы.
В настоящее время для проведения сейсморазведочных работ применяют разнообразные источники сейсмических и акустических волн, имеющих различные энергетические и частотные характеристики. Выбор источника определяется условиями ведения работ (суша, море, город), характером решаемых геологических задач.
Традиционным способом возбуждения сейсмических колебаний является взрыв. Для этих целей бурят сейсмические взрывные скважины глубиной до 60 м (чаще 10-15 м), куда закладывают заряд взрывчатого вещества. Взрывной пункт оборудуется системой синхронизации возбуждения, предназначенной для синхронного запуска сейсмостанции, производства взрыва и отметки момента взрыва (возбуждения колебаний). Взрыв - относительно дешевый и высокоэффективный источник сейсмических колебаний. Основные недостатки его - невозможность повторного точного воспроизводства импульса источника, а также сохранения точных временных интервалов между повторными взрывными импульсами, например, при движении разведочных судов на море. Кроме того, требуется специальное разрешение на хранение, транспортировку взрывчатых веществ и производство взрывов.
В определенной мере свободны от указанных недостатков и имеют другие преимущества невзрывные источники колебаний. При проведении сейсморазведочных работ на суше широко применяются вибрационные источники (вибросейс), создающие в породах с помощью специальной металлической плиты импульсы давления частотой от 7-8 до 100 Гц. Благодаря тому, что вибрационный источник смонтирован на автомобиле, он оперативен, удобен в обращении и позволяет получать точно известный и воспроизводимый сигнал. Обычно этот источник используется в условиях, где взрывы невозможны по экологическим условиям или требованиям безопасности (наличие трубопроводов, ЛЭП, поселений и т.п.). Реже используют импульсные источники возбуждения. Они генерируют акустические импульсы в результате разряда батареи конденсаторов через систему электродов или металлическую плиту. При морской сейсморазведке используют воздушные и водяные пушки, которые выбрасывают в море под большим давлением воздушный пузырь или струю воды (соответственно, спаркеры и бумеры)
Сейсмоприемник - это устройство для приема сейсмических волн и преобразования сейсмических колебаний почвы в электрические напряжения. В наземной и скважинной сейсморазведке применяют сейсмоприемники с электродинамическими индукционными преобразователями. В морской и речной сейсморазведке используют сейсмоприемники давления (гидрофоны), возникающего при распространении упругой волны и преобразующегося в электрический сигнал пьезоэлектрическими преобразователями. Для целей эффективности и дублирования данных, в методе ОГТ результаты по каждому взрыву записываются во многих местах расположения приемников. Приемники помещаются через равные интервалы вокруг или с одной стороны от расположения взрыва, обычно растягиваясь на 3 и более километров. Суммарный сбор трасс с одного взрыва обычно записывается вместе и именуется «Полевой записью». Для этой цели применяются многоканальные системы регистрации, у которых число сейсморегистрирующих каналов иногда достигает нескольких тысяч. Каждый пункт взрыва (или пункт возбуждения – ПВ) нумеруется, а их расположение, как и расположение пунктов приема (ПП) картируется.
Электрические импульсы по системе проводов или радиометрическим путем поступают на сейсмическую станцию, где они записываются для последующей обработки. Данные, записанные от одного «взрыва» (одна детонация взрывного или невзрывного источника энергии) на одну точку приема, именуются сейсмической трассой, и записываются как функция времени (время с момента взрыва).
В результате работы средств сейсморазведки формируется сейсмограмма - представленная в цифровой форме запись амплитуд смещений и колебаний в функции времени, т.е. совокупность сейсмотрасс, полученных от одного пункта взрыва (сейсмограмма ОПВ). Количество сейсмограмм соответствует числу взрывов (возбуждений), и для сейсморазведки МОГТ может превышать десятки тысяч. Если в ПВ возбуждать колебания, то в пунктах приема будут регистрироваться различные классы волн: прямые, поверхностные, преломленные однократно и многократно отраженные. Графики зависимости времен прихода тех или иных волн от удаления между пунктом возбуждения и пунктом приема называются годографами. Прямые и поверхностные волны, распространяющиеся вдоль поверхности наблюдения, соответственно имеют линейные годографы, а годографы отраженных волн имеют криволинейную (гиперболическую) форму. Именно этим они и отличаются от волн помех, что позволяет их опознать и проследить на сейсмограммах (рис. 1.2).
После фильтрации сигнал записывается с помощью регистратора на магнитном носителе.
Рис.
1.2 Сейсмограмма МОГТ высокого качества
Камеральные сейсморазведочные работы включают обработку и интерпретацию данных. Этап обработки заключается в формировании из полевых данных сейсмических разрезов (метод МОГТ 2D) или кубов сейсмических данных (МОГТ 3D). Общей задачей цифровой обработки сейсмических данных в МОВ является подавление помех и извлечение с минимальными искажениями из полученных полевых записей (сейсмограмм, т.е. входных данных) полезного сигнала (однократно отраженных волн) или, иначе, обеспечение максимального отношения сигнал/помеха. Это позволяет получить соответствие (визуальное сходство) временных разрезов или кубов сейсмических трасс, являющихся выходной информацией, с исследуемым строением недр.
Конечным продуктом сейсморазведочных работ обычно является временной сейсмический разрез, представляющий собой изображение сейсмических границ с соответствующей геологической привязкой. По вертикальной оси на временных сейсмических разрезах записано время регистрации отраженных волн. Т.к. оно представляет собой время, которое потребовалось энергии, чтобы пройти сквозь землю, отразиться и затем вернуться к поверхности, его было бы правильнее назвать «временем в оба конца», а вертикальная шкала обычно измеряется в миллисекундах (одна тысячная секунды – 0,001 сек). Горизонтальная ось сейсмических разрезов – расстояние в определенном масштабе. Во время обработки сейсмические трассы комбинируются вместе различными способами, и изменяются с помощью сложных математических операций, но они всегда остаются «трассами». Вывод большого числа трасс последовательно друг за другом на их точно пространственном месте образует окончательный «сейсмический разрез», который дает геологу структурную картину подповерхностного строения.
То, что мы видим, как сейсмическую трассу, есть ряд чисел, где каждое число представляет собой амплитуду сейсмической трассы в определенный момент времени. Трассы обычно записываются с периодом отбора (временной интервал между числами) в 1-2 миллисекунды (0,001-0,002 с), при общем времени «в оба конца» в 5 - 10 с (обычно).
На практике полезная волна всегда бывает осложнена различными помехами. Для уменьшения искажения времен прихода полезной волны за счет неоднородностей верхней части разреза вводят кинематические и статические поправки.
Кинематические поправки устраняют различия во временах прихода полезных отраженных волн в пункты наблюдения, расположенные на разных расстояниях от источника колебаний. В результате криволинейный годограф преобразуется в более прямолинейную линию, отражающую форму геологической границы.
Огромное значение для качества сейсморазведочных данных МОГТ имеют статические поправки, которые устраняют искажения, связанные с изменениями отметок рельефа и, главное, с влиянием неоднородностей верхней части разреза (ВЧР). В Западной Сибири верхние 300-500 м разреза представлены многолетнемерзлыми породами (ММП) переменной мощности (от 0 на юге Широтного Приобья до 500 м за Полярным кругом). Скорости продольных волн в ММП достигают 2,5-3,0 км/с, тогда как в талых породах этой части разреза скорости изменяются от 1,0 до 2,0 км/с. За счет большой разницы в скоростях волн в мерзлых и талых породах под ледяными буграми и жилами в поле времен образуются ложные поднятия, а под «таликами» - прогибы, которые искажают реальный структурный план подземного рельефа изучаемой территории. Учет и корректировка таких неоднородностей представляют собой сложную задачу, которая, к сожалению, далеко не всегда решается успешно даже при использовании современных программно-технических обрабатывающих комплексов.
Процесс обработки является сложным и многоэтапным, он выполняется на мощных суперкомпьютерах с использованием сложных программ. Существуют предварительный и основной этапы обработки. В современной сейсморазведке проводится и предобработка данных в поле, для оценки качества полевых материалов в процессе полевых работ.
Предварительный этап обработки включает ввод полевых данных в стандартных форматах (SEG-Y, SEG-D), присвоение и корректировку геометрии, редакцию сейсмограмм, фильтрацию, введение высокоамплитудных статических поправок, предварительный анализ скоростей, предварительное суммирование по ОГТ и т.п.
Основной этап обработки включает коррекцию амплитуд за сферическое расхождение, регулировки амплитуд, ввод разнообразных (средне- и низкопериодных, остаточных и т.п.) статических поправок, детальный скоростной анализ, расчет окончательных кинематических поправок, подавление кратных волн, разнообразные миграции (миграция – процедура цифровой фильтрации для устранения некоторых нежелательных геометрических эффектов распространения волн и их фокусировки), окончательное суммирование и т.д. Основной этап обработки позволяет существенно качество полученных данных (рис. 1.3).
Рис. 1.3 Фрагменты временного разреза после предварительного этапа обработки (слева) и после применения ряда процедур окончательного этапа обработки
В результате обработки получают сейсмические временные разрезы (съемки МОГТ 2D) или кубы сейсмоданных (съемки МОГТ 3D). Наиболее часто используют временные разрезы и кубы амплитуд, на которых вертикальной оси отложено время прихода отраженных волн от источника взрыва к сейсмоприемнику, а интенсивность окраски – отражает значения амплитуд отраженных волн. Возможна различная визуализация временных разрезов (рис. 1.4).
Параметры (атрибуты) сейсмической записи делятся на энергетические (чаще это амплитуды), частотные и скоростные, причем фиксируются разные типы амплитуд (полная, абсолютная, отрицательная, положительная и др., замеры выполняются в разных по временной толщине окнах) и частот или периодов (полный период, полупериод).
Современные обрабатывающие и интерпретационные сейсморазведочные программно-технические комплексы позволяют выполнять самые разнообразные трансформации сейсмических данных и получать, кроме стандартных амплитудных данных, разрезы и кубы скоростей, частот, атрибутов когерентности, добротности, мгновенных фаз и мгновенных амплитуд и др., проводить инверсию и конверсию сейсмических данных. Эти атрибуты частично охарактеризованы ниже.
Интерпретация сейсморазведочных данных, в отличие от обработки, является процессом более субъективным, ее качество во многом определяется квалификацией и даже интуицией интерпретатора. Интерпретация – процесс извлечения геологической информации из сейсморазведочных данных с целью изучения структурного плана исследуемой территории по разным стратиграфическим уровням, определения литологического состава и условий образования нефтегазоносных и перспективных отложений, картирования ловушек и залежей УВ. Интерпретация данных сейсморазведки выполняется с использованием всей имеющейся геологической информации.
Рис. 1.4 Различные способы визуализации сейсмических временных разрезов, позволяющие по-разному видеть особенности волновой картины: а – черно-белая гамма с сейсмическими трассами и зачернением отрицательных амплитуд; б – сине-красная гамма, чаще всего используемая для визуализации временных разрезов; в – серая гамма позволяет уверенно выделять разломы, помехи и аномалии, связанные с залежами УВ; г – позволяет проследить слабые изменения амплитуд вдоль горизонтов (Харт, 2000 г.)
Геологическая интерпретация сейсморазведочных данных МОГТ делится на ряд этапов:
- корреляция отражающих горизонтов и прослеживание дизъюнктивных дислокаций;
- увязка скважинной и сейсморазведочной информации;
- структурная интерпретация;
- сейсмостратиграфическая интерпретация;
- флюидогеодинамическая интерпретация.
Структурная интерпретация заключается в построении структурных поверхностей по разным стратиграфическим уровням, включая продуктивные и перспективные пласты.
Сейсмостратиграфическая интерпретация, или прогнозирование геологического разреза – изучение литологического состава, картирование неантиклинальных и комбинированных (НАЛ и КЛ) ловушек и залежей УВ с инструментальной увязкой скважинной и сейсморазведочной МОГТ информации.
Флюидогеодинамическая интерпретация - картирование объектов, связанных с глубинной миграцией флюидов, в первую очередь, УВ (газовые трубы, газовые пузыри и т.п.) с целью уточнения перспектив нефтегазоносности исследуемой территории и обеспечения газобезопасности, т.к. газовые трубы и пузыри могут являться источниками осложнений и аварий при размещении в них скважин.
Изучаемые объекты имеют сложное строение, а интерпретация эффектов, регистрируемых на сейсмических разрезах, неоднозначна и в большей или меньшей степени вероятностна. Эти эффекты могут отражать как наличие ловушки или залежи, так и не быть связанными с существованием нефтегазоперспективного объекта. Кроме того, разрешающая способность даже современной сейсморазведки МОВ ОГТ во многих случаях недостаточна для уверенного картирования ловушек и залежей УВ.