Комплексная интерпретация трехмерных геолого-геофизических данных будет состоять из следующих видов работ:

-Создание локальной базы геолого-геофизических данных по месторождению и прилегающей территории и построение априорной геологической модели;

-Привязка отраженных волн к геологическому разрезу, идентификация колебаний, контролирующих целевые объекты;

-Локализация целевых горизонтов и тектонических дислокаций в трехмерном пространстве;

-Трехмерная инверсия трасс в целевом интервале и загрузка последних в локальную базу данных;

-Динамический анализ целевых горизонтов с целью получения комплекта сейсмических атрибутов отраженных волн;

- Динамический анализ псевдоакустических трасс;

-Статистический анализ зависимостей между сейсмическими атрибутами и петрофизическими характеристиками целевых объектов;

-Расчет карт прогнозных петрофизических параметров с последующим прогнозом особенностей распространения коллекторов;

- Палеогеоморфологический анализ в целевых интервалах куба;

-Построение серии карт кинематических атрибутов сейсмической записи для каждого изучаемого горизонта (карты наклонов и азимутов);

-Построение карт толщин пластов, а, в случае выявления корреляционных связей, и карт их эффективных мощностей;

-Анализ особенностей пространственного положения ВНК по целевым объектам с учетом данных ГИС и гидродинамических исследований скважин;

-Построение пространственной геологической модели;

- Геосейсмическое моделирование с целью проверки достоверности построенной геологической модели;

5. Спецглава. AVO-анализ

В конце 1960-х годов было замечено, что в средах с молодыми терригенными отложениями резкое изменение амплитуд отраженных волн на сейсмических разрезах (в предположении нормального падения волны на границу покрышка-коллектор) может быть связано с проявлениями углеводородов и, особенно, газовых песков. Этот метод, связывающий отражающую способность с залежами УВ, был назван методом "яркого пятна" ("bright spot"). Однако, дальнейшая реализация метода показала, что резкие изменения амплитуд на сейсмических разрезах не всегда ассоциируются с резервуарами УВ. Оказалось, что амплитудные аномалии на разрезах могут быть вызваны также литологическими изменениями и другими причинами. В связи с такой неоднозначностью качественного метода "яркого пятна" на смену ему и, как дальнейшее его развитие, со средины 1980-х годов за рубежом начал развиваться новый подход, основанный на количественном изучении амплитуд отражений не по разрезам, а по сейсмограммам. Он получил название AVO (Amplitude Variation with Offset) - изучение изменений амплитуд с удалением, т.е. с расстоянием между источником и приемником. Этот подход в настоящее время применяют, в основном, для поисков и разведки газовых резервуаров в молодых терригенных породах, а также для обнаружения новых залежей на уже разрабатываемых месторождениях.

Соотношение между удалением и углом падения волны на границу можно определить, если известна скорость распространения волны в среде и глубина границы. Поэтому задачу изучения амплитуд отражений в зависимости от удаления можно свести к изучению этих амплитуд в зависимости от угла падения волны на границу.

Рассмотрим две полубесконечные, изотропные, гомогенные среды, имеющие плоскую поверхность контакта, на которую падает плоская продольная волна. Предположение о плоской волне действительно на расстояниях многих длин волн от источника и приемлемо для исследуемых глубин и частот. Как известно из курса сейсморазведки, при косом падении плоской Р-волны на поверхность раздела двух сред с параметрами скоростей продольных (V_P1, V_P2), поперечных волн (V_S1, V_S2) и плотностей (р₁, р₂) возникают отраженная и проходящая Р- волны, а также отраженная и проходящая S-волны (рис. 5.1). Последние две волны называют обменными. Углы падения, отражения и прохождения на границе для всех волн взаимосвязаны согласно закону Снеллиуса:

Рис. 5.1.1. При косом падении плоской Р-волны на границу двух упругих сред возникают четыре волны.

Коэффициенты отражения и прохождения R_PP, R_PS, T_PP, T_PS определяются, как отношения амплитуд отраженных и проходящих волн к амплитуде падающей волны. Точное решение задачи определения коэффициентов отражения и прохождения дано Цёппритцем в 1919 г. Решение исходит из непрерывности смещений и напряжений на отражающей границе в качестве граничных условий для нахождения коэффициентов отражения и прохождения, как функции угла падения и свойств упругой среды. Непрерывность смещений означает, что граница раздела реагирует на падающую волну так, как если бы две среды были объединены вместе, и что отсутствуют разрывы и проскальзывания вдоль границы раздела. Непрерывность нормального и тангенциального напряжений также обязательна. Из уравнений Цёппритца следует, что при нормальном падении Р- волны на границу обменных волн не возникает, а коэффициент отражения определяется выражением:

Где и - акустические жесткости (импедансы) сред 2 и 1, , .

Поведение коэффициентов отражения Р-волн даже в области небольших углов (до 30°) существенно зависит от соотношения скоростей V_P/V_S (или коэффициентов Пуассона) покрывающей и подстилающей толщ. Так, если значения V_P/V_S для обеих сред близки, то коэффициенты отражения в этом диапазоне углов также близки к коэффициентам отражения для нормального падения. Однако, если V_P/V_S для контактирующих сред различны, то поведение коэффициента отражения может сильно отклоняться от случая для нормального падения. Это впервые показано Кэфэдом в 1955 г. на моделях, результаты расчетов по которым согласно формулам Цёппритца приведены на рис. 5.1.2. Для этих моделей соотношения всех параметров сред, кроме V_P2/V_S2 (или коэффициентов Пуассона у2), для подстилающей среды выбраны одинаковыми.

Рис.5.1.2. Зависимости коэффицентов отражения Р-волн от угла падения на границу для моделей, отличающихся только отношением скоростей (или коэффициентами Пуассона у2) подстилающей среды. Кривые обозначены величинами у2.

Из рис.5.1.2 видно, что если подстилающая среда подстилающая среда имеет большую скорость Р- волн, чем покрывающая, а другие соотношения свойств пластов одинаковы, то изменение коэффициента Пуассона у₂ для подстилающей среды может повлечь резкое возрастание или уменьшение коэффициента отражения даже при небольших углах падения.

Существенно, что этот эффект становится более выразительным по мере того как контраст скоростей становится меньше. Подобные же эффекты наблюдаются, если отношение V_P2/V_S2 для нижней среды постоянно, а изменяется для верхней. Таким образом, отклонения поведения коэффициента отражения от его значения для нормального падения определяются величиной контраста соотношения V_P/V_S (или коэффициента Пуассона) на границе контактирующих сред и могут быть основой для сейсмического анализа литологии и УВ насыщения. Вместе с тем, уравнения Цёппритца слишком сложны, а главное, они не линейны относительно входящих в них параметров - скоростей и плотностей.

Кроме того, при больших (закритических) углах падения их решения получаются в комплексном виде, а это значит, что в отражения вводятся фазовые сдвиги. Из этих уравнений трудно определить влияние на результат отдельных физических параметров. В силу этих причин уравнения Цёппритца не удобны для практического применения и для использования оказались более пригодными аппроксимации уравнений Цёппритца. Основная идея приближенных формул сводится к линеаризации этих уравнений по скоростным и плотностным параметрам при условии малости изменения этих параметров на отражающих границах. Такое приближение было дано Аки и Ричардсом в 1980 г. Сначала мы будем рассматривать формулу, касающуюся только коэффициента отражения R_PP(i) для продольной волны:

,

Где , , , , , и . Эта формула выведена в предположении малости величин ДV_P, ДV_S, Дс, что, несомненно, ограничивает область её применения слабо контрастными средами.

Уравнение записано в форме, демонстрирующей раздельное влияние относительных параметров среды (ДV_P/V_P , ДV_S/V_S , Дс/с) на поведение коэффициента отражения при различных углах падения, при этом коэффициент в первом приближении есть линейная функция этих параметров среды и зависит не линейно только от V_S/V_P. Линеаризованные аппроксимации зависимости коэффициента отражения от угла падения допускают (в отличие от уравнений Цёппритца) простой анализ влияния различных параметров среды на коэффициент отражения.

Важнейший этап в развитие подхода AVO внесла вышедшая в 1985 г. работа Шуэ, где автор путем перегруппировки членов формулы получил следующее выражение:

Преимущество этой формулы в том, что, в отличие от предыдущей, каждый член уравнения отражает роль определенного диапазона углов падения. Можно легко показать, что первый член, который обозначают через А, приблизительно равен коэффициенту отражения продольной волны для нормального падения, полученному из уравнений Цёппритца:

Второй коэффициент при sin²i, который обозначают через В, характеризует R_PP(i) при промежуточных углах падения (0° < i < 30°), наиболее часто используемых в сейсморазведочных наблюдениях. Заметим, что только в В содержатся данные о скоростях как поперечных волн, так и продольных и этот множитель с использованием известного соотношения между V_S/V_P и коэффициентом Пуассона у:

Может быть выражен через коэффициент Пуассона:

И наконец, третий коэффициент при sin⁴i/(1-sin²i), который обозначают через С, превалирует при углах близких к критическим. Заметим, что в третьем члене, как и в первом члене, отсутствуют данные о скоростях поперечных волн.

На основе этого анализа и учитывая, что данные о соотношении скоростей V_P/V_S связаны с коэффициентом В, а также то, что при принятых в сейсморазведке реальных удалениях углы падения обычно не превышают 30°, исходное уравнение может быть записано в виде:

Преимущество этого уравнения состоит в том, что, будучи справедливым для малых углов падения, оно линейно относительно sin²i. Данное уравнение получило название двучленной аппроксимации Шуэ и на нем основано большее число практических применений AVO.

Для объяснения причин появления на сейсмических разрезах локальных изменений амплитуд возьмем модель (рис.5.1.3), представляющую структуру из двух пластов: нижнего - коллектора (резервуара), в котором находиться залежь УВ, и вехнего - покрышки.

Рис. 5.1.3. Модель, поясняющая возникновение на сейсмических разрезах амплитудных аномалий, связанных с залежами УВ.

Акустическая жесткость I₁, водонасыщенного коллектора и в залежи _.

В зависимости от соотношения импедансов I_{1, , .} , можно представить три разных случая изменения R_p вдоль рассматриваемой границы:

1. В случае и большой положительный коэффициент отражения на периферии залежи уменьшается над залежью, но остается положительным. В этом случае на разрезе наблюдается локальное уменьшение амплитуд, называемое "тусклым пятном". Такой случай может проявиться, если коллектор, например, представлен хорошо сцементированным жестким песчаником или известняком и, несмотря на замещение воды на газ, его импеданс остается выше импеданса покрышки (глины или глинистых сланцев).

2. Если и , то при переходе от периферии залежи к самой залежи маленький положительный коэффициент изменяется на маленький отрицательный коэффициент отражения. В этом случае на разрезе на краях залежи наблюдаются так называемые "обращения фаз" или, по-другому, смена полярности. Это может быть, если коллектор представлен менее жестким, слабо сцементированным песчаником, когда замещение воды газом приводит к меньшему импедансу, чем импеданс покрышки.

3. Если и , то при переходе от периферии залежи к самой залежи маленький отрицательный коэффициент (амплитуда) изменяется до большого отрицательного коэффициента отражения. На разрезе залежь отмечается локальным увеличением отрицательной амплитуды и этот эффект называется "ярким пятном". Яркие пятна могут появиться, если коллектор представлен мягкими породами - песками. В этом случае импеданс песков меньше, чем покрышки, независимо от насыщения песка водой или УВ.

Одной из основных технологий AVO является получение и использование параметров А и В двучленной аппроксимации Шуэ. Обычно для этого используют сейсмограммы ОСТ, в которые предварительно вводятся нормальные кинематические поправки, а, при необходимости, и поправки за наклон (DMO). Пример такой сейсмограммы дан на рис. 5.1.4.а, где на времени 1,15 с хорошо видна представляющая интерес ось, амплитуда которой возрастает с удалением. Чтобы рассматривать изменение амплитуд как функцию угла падения, сейсмограмму ОГТ следует, зная скорости, преобразовать в сейсмограмму AVA (Amplitude Variation with Angle) - изменения амплитуд в зависимости от угла падения. Для пересчета удалений в углы падения в предположении о горизонтальности границы и среднескоростной модели можно воспользоваться, например, выражением А.Н. Лёвина:

, где l - удаление. Или для горизонтально слоистой среды:

,

здесь: Vi , Vэф - соответственно интервальные и эффективные скорости.

Рис. 5.1.4. Сейсмограмма с наложенными на нее линиями равных углов падения (а) и соответствующий ей фрагмент сейсмограммы AVA (б). Ось на времени 1,15с показана стрелками.

На сейсмограмме (рис. 5.1.4,а) показаны вычисленные линии равных углов падения (через 4° в диапазоне от 0° до 28°). Снимая амплитуды трасс с сейсмограммы ОСТ в местах пересечения линий равных углов с трассами, можно получить новый набор трасс, соответствующий сейсмограмме AVA (рис. 5.1.4,б), на которой каждая трасса характеризуется не удалением, а углом падения. Заметим, что аномальное поведение оси синфазности на времени 1,15 с также отмечается и на сейсмограмме AVA.

Рис. 5.1.5. Амплитуды трасс сейсмограммы AVA, взятые на одном времени, позволяют использовать линейную зависимость для получения AVO пересечения (А) и AVO градиента (В). Отметим, что значение А не совпадает с накопленной амплитудой разреза ОСТ.

Если выделить горизонтальное сечение через сейсмограмму AVA на времени отмеченной оси синфазности и отсчитать амплитуды трасс вдоль этого сечения, то мы можем получить значения амплитуд, которые являются основой для построения линейной зависимости амплитуды от sin²i. Значения амплитуд на графике (рис. 5.1.5.) сглаживаются линейной зависимостью, например, по методу наименьших квадратов. Пересечение прямой линии (результата сглаживания) с осью ординат представляет величину А пропорциональную коэффициенту отражения R_P для случая нормального падения (которую затем можно масштабировать, приводя к коэффициенту отражения R_P). Поэтому значение А получило в литературе еще название "AVO пересечение" (AVO intercept). Наклон сглаживающей линии В называют "AVO градиентом" или "AVO наклоном" (AVO gradient или AVO slope). Получая такие линейные зависимости с шагом дискретизации для всех временных срезов каждой из по- следовательно расположенных по профилю сейсмограмм AVA, можно построить разрезы А и В, внешне ничем не отличающиеся от обычных разрезов. Отметим еще раз, что полученные таким образом значения амплитуд на разрезах А должны быть пропорциональны величинам коэффициентов отражения RP для нормального падения в отличие от разрезов ОСТ, где амплитуды являются результатом осреднения амплитуд отраженных волн для различных углов падения волны на границу.

AVO анализ широко применяется в мировой практике в процессе обнаружения, разведки и разработки, в основном, газовых месторождений, а иногда, и нефтяных. Благоприятными условиями для применения этой методики являются разрезы, сложенные относительно молодыми, слабо консолидированными терригенными породами мезозойского и кайнозойского возраста.

В качестве положительного примера использования методики AVO-анализа можно привести результаты исследований Лиственной площади.

5.2 Пример AVO-анализа