Интерпретация данных ГИС на базе системно-структурного подхода учебн

фрагментарных локальных наблюдений, зачастую охватывающих ничтожно малую долю объёма изучаемого объекта. В связи с этим на практике осуществляется мысленная реконструкция (моделирование) геологических тел по крайне фрагментарному фактическому материалу. Такое моделирование неизбежно выливается в исследование иерархии разнопорядковых геологических тел исследуемой системы с их количественной оценкой.

Реальный геологический объект может быть рассмотрен как система, если его поведение определяется как продукт взаимодействия его частей. В основе каждой системы (подсистемы) лежит наличие связей между составляющими ее элементами, причем каждому элементу отвечает некий набор возможных состояний. В геологии четко прослеживается, что система (геологический объект) состоит из двух частей: физико-химической и структурной, находящихся в отношении взаимозависимости друг от друга.

Концептуальная модель системно-структурного подхода к проблемам познания и анализа объектов нефтегазопромысловой геологии трактуется многими авторами по-разному. Так, с одной стороны, констатируется познавательная ценность мысленного расчленения (декомпозиции) систем (совокупности геологических объектов, определенным образом связанных между собой и образующих некоторые целостности) на отдельные элементы или подсистемы, которые в дальнейшем по ходу их изучения будут сами рассматриваться как системы. С другой стороны, подчеркивается такая особенность системы, которая характеризуется наличием у нее так называемых эмерджентных свойств, которые отсутствуют у слагающих ее элементов.

Ранее (до системного подхода) исследователями широко использовался так называемый причинный подход, который состоит в представлении изучаемого явления или объекта в виде цепи причин и следствий. При системном же подходе объект

21

представляется в виде системы в системе объектов того же класса. Как мы можем представить тот или иной объект исследования в виде системы? Это зависит от содержания решаемой задачи. При системном подходе прежде всего необходимо показать, что изучаемый объект может рассматриваться как системный, и затем уяснить, из каких элементов состоит данная система. Поскольку элементы могут выделяться более или менее произвольно, то при этом требуется ввести критерий выделения элементов и показать, что именно эти элементы характерны для изучаемой системы. Далее необходимо выявить соотношения (качественные и количественные) между этими элементами и тем самым получить представление о структуре системы.

Противоречия, возникающие при трактовке концепции системного подхода, могут быть устранены, если системный подход рассматривать как средство учета в научных исследованиях индивидуальных, неповторимых особенностей изучаемых реальных объектов и явлений.

Рассмотрим сущность системно-структурного подхода применительно к моделированию геологических объектов с использованием результатов интерпретации материалов промы- слово-геофизических исследований.

В своих представлениях о строении геологических объектов интерпретатор явным или скрытым образом всегда руководствуется некоторой классификацией (типизацией) изучаемых объектов и составляющих их элементов. Предполагается, что элементы каждого типа тождественны друг другу по наборам присущих им видовых свойств. Так, например, основное свойство каротажных диаграмм (совокупности вынесенных на бумажную полосу различных линий, координатной сетки, цифр и др. знаков) заключается в том, что по их конфигурации можно произвести литолого-стратиграфическое расчленение разрезов скважин (построить литолого-стратиграфическую колонку). Взятые в целом, кривые ГИС характеризуют рассматриваемый

22

объект (разрез скважины от устья до забоя) как единую систему. Аномальные участки на кривых ГИС характеризуют элементы разреза скважины более низкого порядка: например, с их помощью можно разделить карбонатную и терригенную части разреза, выделить интервалы продуктивных толщ, крупных стратиграфических подразделений. На более детальном или информативном уровне по конфигурации кривых ГИС можно выделять пласты горных пород по литологическому составу и пластыколлекторы с указанием характера насыщения (рис. 1.1). Наиболее наглядно иерархичность системы (разреза) видна на интегральных диаграммах, на которых отдельные элементы разреза скважины (пласты горных пород) характеризуются своими усредненными физическими свойствами (рис. 1.2). Эти свойства характерны и для всей системы (разреза скважины), но ее эмерджентным свойством системного уровня является, например, упорядоченная последовательность (усредненных по пластам горных пород) геофизических показаний (на интегральных кривых ГИС – ступенчатая последовательность показаний на отрезках неравной длины). Корни таких свойств скрыты в свойствах составляющих систему элементов.

Эффективное использование диаграмм ГИС по группе скважин для построения модели геологического объекта (например, нефтяной залежи) зависит не только от конфигурации каротажных диаграмм, но и от воспринимающего ее устройства (человеческого мозга или «интеллектуального» технического устройства в виде компьютера и его программного обеспечения). Если рассматривать геологические объекты как пространственные, то составляющие их элементы можно группировать в пространственно связные, компактные подсистемы различных порядков и можно выйти на так называемое псевдостатистическое моделирование применительно к литолого-стра- тиграфической интерпретации данных ГИС.

23

Рис. 1.1. Пример литологического расчленения терригенно-карбо- натных отложений нижнего карбона по данным ГИС: 1 – глинистая порода, 2 – алевролит, 3 – песчаник плотный, 4 – коллектор водонасыщенный терригенный, 5 – коллектор нефтенасыщенный терригенный, 6 – аргиллит, 7 – терригенно-карбонатная порода, 8 – известняк плотный, 9 – известняк глинистый, 10 – коллектор водонасыщенный карбонатный, 11 – коллектор нефтенасыщенный карбонатный

24

Рис. 1.2. Пример литолого-стратиграфического расчленения разреза скв. 213 Кустовского месторождения, выполненного по интегральным кривым ГИС: 1 – доломит; 2 – известняк глинистый; 3 – известняк доломитистый; 4 – песчаник алевритистый; 5 – песчаник глинистый; 6 – аргиллит; 7 – алевролит глинистый; 8 – терригенная порода; 9 – коллектор нефтенасыщенный; 10 – коллектор водонасыщенный

25

Для более полного и научно обоснованного выделения систем различных уровней в геологии целесообразно разработать иерархические модели этих систем. Моделирование в самом общем виде – это метод исследования какого-либо процесса или объекта путем воспроизведения его самого или существенных его свойств в виде материальной или мысленной модели, что показано, например, при построении горно-геометрических моделей некоторых месторождений Пермского Прикамья.

Модель – это такая система, представляемая мысленно или реализованная материально, которая отражает или воспроизводит в какой-то степени объект исследования, но в то же время способна замещать его так, что изучение этой системы дает новую информацию об изучаемом объекте. Поэтому очевидно, что всякая модель есть упрощение (огрубление), а это значит, что моделируемое строение объекта как бы освобождено от затеняющих ее деталей (локальных несущественных неоднородностей).

В досистемный период интуитивное понимание выводимости эмерджентных свойств системы из свойств ее элементов послужило основой так называемого редукционизма (или физикализма), суть которого заключается в постулировании широких возможностей вывода знаний о системах из знаний о системообразующих элементах.

Иногда говорят о системно-структурном подходе, систем- но-структурной методологии, имея в виду такую ситуацию, когда решающее значение для достижения высокой эффективности исследований приобретает взвешенный выбор схемы расчленения (декомпозиции, структуризации), выявления явно выраженных оснований структуризации изучаемого объекта. Поэтому в нефтегазовой отрасли изучение связей и взаимодействия геологических систем на разных уровнях их организации позволяет подойти к пониманию значения геологических структур. Для установления закономерностей связи между частями

26

геологических структур по данным ГИС необходим специальный логико-математический аппарат системно-структурного моделирования, и в частности статистическая обработка промы- слово-геофизической информации с использованием кластернодискриминантного, дисперсионно-регрессионного и факторного анализов, сопоставленияэмпирических распределений ит.п.

Структура системы – это устойчивая картина взаимных отношений элементов целостного объекта, который всегда может быть представлен в качестве системы. Если известна система, то структура предстает как некоторый аспект системы, а именно как единство ее инвариантных свойств. Инвариантность как важнейшая характеристика структуры системы приводит к понятию связи, так как структуры в итоге и есть не что иное, как совокупность устойчивых связей объекта изучения. Структура есть специфическая, но весьма абстрактная характеристика системы. Эта абстрактность заключается в том, что компоненты и их связи, отвлеченные от их размерностей, становятся различными абстрактными элементами. Поэтому структура системы – это вид композиции упорядоченности элементов, устойчивой относительно определенного диапазона тех или иных изменений системы. Структура немыслима вне системы, равно как и система по своей архитектонике всегда структурна.

Структурные отношения важны не сами по себе, но только в той связи, в какой они характеризуют устойчивость системы. Структурные исследования систем строятся на основе синтеза макро- и микроподходов к познанию этих систем, когда исследования свойств составляющих их элементов необходимым образом дополняют и видоизменяют друг друга.

Учение о структурах наиболее важно и наиболее перспективно для геологических систем (геологических объектов). Если система – это нечто реальное, то структура – это тот разрез, в котором мы ее рассматриваем, т.е. структура – это мгновенный снимок внутренних взаимоотношений в системе.

27

На практике при геологической интерпретации данных ГИС предлагается любой изучаемый геологический объект (залежь, разрез скважины и т.п.) представлять в виде системы, состоящей из подсистем и элементов, относящихся к определенным иерархическим уровням и связанных определенными отношениями между собой.

Основные положения применения системно-структурного подхода при изучении геологических объектов, изложенные в настоящем параграфе, позволили разработать программу автоматизированной литолого-стратиграфической интерпретации данных ГИС (см. § 2.4), базирующуюся на псевдостатистическом моделировании, и проводить горно-геометрическое моделирование нефтегазовых залежей на компьютере как в интерактивном, так и автоматическом режимах.

1.2.Интерпретация данных ГИС

всвете системно-структурного подхода

Осадочный бассейн в нефтегазоносном отношении представляет собой целостную систему и находится на более высоком интегративном уровне организации, чем слагающие его нефтегазо-геологические компоненты разреза (залежь, продуктивная толща, слой). Разрез любого осадочного бассейна описывается в виде чередующихся слоев, представленных теми или иными литологическими разновидностями горных пород. По литологическому составу одни породы являются нефтесодержащими породами-коллекторами, а другие, препятствующие перемещению углеводородов, плотными непроницаемыми породами (покрышками). Поэтому при выделении геологических объектов разреза различного ранга (слоев, прослоев, слойков, пластов, пропластков и т.п.) необходимо исходить из основных признаков, отражающих сущность выбираемой в качестве основной (базисной) единицы объекта.

28

При использовании декомпозиционного способа системное описание отдельной «точки» пласта задается перечислением «ступеней» той лестницы конкретных подсистем, которая ведет от данной «точки» к пласту, взятому в целом, и параметрами подсистем. В рамках горногеометрического способа системным описанием «точки» служит набор снятых с карт (числовых моделей) тренда средних значений интенсивности проявления одного и того же свойства на площадных элементах разных размеров, имеющих своим геометрическим центром данную «точку». Поэтому последний способ отражения иерархичности можно назвать интегративным.

Интегративный способ лежит в основе так называемого псевдостатистического метода интерпретации материалов геохимических съемок. На нем базируется алгоритм геологической интерпретации материалов ГИС, позволяющий без перехода к человеко-машинному режиму решать с помощью компьютера задачистратиграфической идентификации пластов.

Важнейшую роль при изучении геологических объектов играют ГИС – комплекс геофизических исследований, выполняемых в скважине с целью детального изучения ее геологического разреза, выделения частей этого разреза, содержащих те или иные полезные ископаемые, оценки промышленного значения углеводородного сырья, определения положения скважин в пространстве и их технических характеристик. В зависимости от физических свойств, изучаемых при каротаже скважин, различают такие методы каротажа, как электрический, радиоактивный, ядерно-магнитный, акустический и др. Полученные при каротаже величины геофизических параметров служат основой для выделения ряда разновидностей горных пород в разрезе скважины, а также для проведения границ между слоями, сложенными породами разного состава или отличающимися одна от другой по своим физическим свойствам. Данных ГИС вполне достаточно для рациональной декомпозиции разреза каждой

29

интерпретируемой скважины и для построения в дальнейшем с помощью межскважинной корреляции общей схемы иерархического расчленения разбуренного объема земной коры на части, сменяющие одна другую по вертикали.

Выделенные по данным ГИС разновидности горных пород увязываются с петрографическими характеристиками образцов пород, полученных при бурении скважин с определенных глубин в виде керна, шлама или проб, отобранных грунтоносами. Однако керн отбирается далеко не во всех скважинах. Поэтому относительно полные представления о петрографическом составе горных пород и условиях их залегания практически всегда опираются на данные ГИС, а переход от ГИС к геологическому описанию разрезов скважин базируется на изучении связей промыслово-геофизических параметров с физико-геологичес- кими свойствами горных пород.

Параметры, измеряемые в процессе исследования скважин геофизическими методами, лишь в редких случаях дают возможность непосредственно определять истинные значения физических свойств горных пород, так как на показания геофизических приборов большое влияние оказывают породы, вскрытые скважиной в соседних интервалах, промывочная жидкость и проникновение фильтрата промывочной жидкости в пласт, размеры зондов и т.п. Исправление геофизических параметров осуществляется введением поправок на влияние аппаратуры, бурового раствора и длины зонда, снятием влияния фона и других мешающих факторов и приведением геофизических параметров к какому-либо стандарту (например, к двойному разностному параметру). Характеристики, полученные при каротаже скважин, нельзя отождествлять с истинными параметрами горных пород. Это своеобразные «геофизические» параметры. По существу, все геофизические методы дают лишь косвенные сведенияосоставеисвойствахпород, вскрытых скважиной.

Чтобы от этих косвенных сведений перейти к идентификации литологического состава, стратиграфической принадлежности пород, к оценке их истинных геолого-физических свойств,

30