Обробка і інтерпретація сейсмічних даних

Обробка і інтерпретація даних сейсморозвідки здійснюється за допомогою ЕОМ і включає ряд етапів: документація даних спостережень і оцінка їх якості, обчислення і кореляція статичних поправок, визначення середніх, ефективних і граничних швидкостей, побудова часових розрізів, виділення на них опорних границь і складання структурної карти. Сейсмічні розрізи, структурні карти і швидкісні характеристики розрізу з геологічною інтерпретацією є кінцевими результатами інтерпретації даних.

Надійна інтерпретація повинна бути узгоджена не тільки з усіма сейсмічними даними, але і з усіма наявними даними про регіон, включаючи гравіметричні та магнітометричні дані, а також з прийнятими геологічними та фізичними моделями.

При інтерпретації сейсмічних даних припускається, що:

1) регулярні вісі синфазності, які виділяються на сейсмічних записах або на оброблених сейсмічних розрізах, являють собою відбиття, отримані в результаті різких змін акустичної жорсткості геологічного середовища;

2) ці різкі зміни пов’язані з границями нашарувань, які відповідають геологічним структурам. Тому прослідковування часів вступу регулярних відбитків має зв’язок з геологічною будовою. Врахувавши вплив швидкості та сейсмічного зносу, отримують структурну геологічну карту.

3) припускається також, що особливості сейсмічного запису (форма, амплітуда і т.д.) пов’язані з геологічними характеристиками, тобто зі стратиграфією та природою корових флюїдів.

За основними завданнями та цільовою спрямованістю сейсмічні дослідження можна умовно поділити на дві основні групи. До першої відносяться дослідження, головним і часто єдиним завданням яких є пошуки і розвідка родовищ корисних копалин (нафти й газу, різноманітних руд), результати яких можуть бути якнайшвидше використані у народному господарстві. До другої групи належать дослідження, спрямовані на вивчення особливостей глибинної будови земної кори з метою подальшої розробки теорії закономірностей концентрації мінеральної сировини у різних геологічних умовах. Можливе поєднання цих двох груп, коли одночасно з пошуками та розвідкою виконуються глибинні дослідження, метою яких є побудова узагальненої сейсмогеологічної моделі регіону, що досліджується.

Весь процес інтерпретації поділяється на геофізичну та геологічну інтерпретацію.

Основним результатом геофізичної інтерпретації низки сейсмічних розрізів вздовж розвідувальних профілів є серія карт: карти t₀ (подвійного часу пробігу хвилі); карти ізогіпс та, в деяких випадках, карти ізопахіт.

Обробка даних звичайно проводиться у два етапи: польовому і камеральному. Польовий етап має попередній характер. При комп’ютерній обробці сейсмічних даних на польовому етапі здійснюють підготовку даних (сейсмограм, статичних поправок, швидкостей), необхідних для обробки. Спочатку виконується так звана оперативна обробка, завданням якої є побудова часових розрізів МВХ і СГТ (у залежності від методики спостережень), частотна фільтрація, визначення швидкостей поширення сейсмічних хвиль у середовищі, корекція статистичних поправок тощо.

Для визначення швидкості поширення хвиль у середовищі в методі СГТ здійснюють побудову інтервалів часових розрізів для різних значень швидкостей. При цьому визначають значення швидкостей, за яких сумарні сигнали мають максимальні амплітуди. З отриманих значень амплітуд, які називаються спектрами швидкостей, відбирають ті, які відповідають однократно відбитим хвилям і використовують їх для побудови часових розрізів. Кратновідбиті і інші хвилі-завади мають швидкості, які відрізняються від швидкостей однократно відбитих хвиль і тому в процесі сумування за методом ЗГТ послаблюються.

Статичні поправки Dt_c за зону малих швидкостей (Dt_з), рельєф (Dt_p) та інші вводять у спостережені часи перед побудовою розрізів.

Потім будуються часові розрізи СГТ, які дозволяють контролювати якість робіт, коригувати методику спостережень і, за необхідності, схему розташування профілів (у залежності від отриманих геологічних результатів).

Для досягнення цих цілей необхідно виділити на часових розрізах МВХ і СГТ (чи сейсмограмах) відбиті хвилі, які відповідають основним маркуючим горизонтам геологічного розрізу. Ця задача вирішується за допомогою візуальної (чи комп’ютерної) фазової кореляції.

При цьому на часових розрізах виділяються динамічно виражені позитивні чи негативні фази коливань сигналів, які характеризуються однаковою формою і амплітудою на сусідніх трасах. За цими ознаками виділяються всі синфазності різних хвиль (рис. 4.9).

При цьому вісі синфазності одного імпульсу (групи коливань) повинні бути паралельними між собою. Групу коливань можна віднести до однієї хвилі, якщо вона відділена від сусідніх деяким проміжком відносного заспокоєння поля або чітко вираженим вступом.

При кореляції на трасі кожного каналу відзначається найближчий до початку максимум коливань, викликаний прибуттям хвилі, а потім за максимумом на сусідніх трасах намічаються вісі синфазності. При цьому, опорні границі можуть простежуватися на всій площі робіт. Якщо виділити вісі синфазності, то знаючи момент збудження коливань, можна визначити час прибуття цієї ж чи іншої хвилі на кожній трасі часового відрізку (для кожного сесмоприймача).

При детальній обробці даних, яка виконується під час камерального періоду, здійснюються додаткові операції, які дозволяють покращити відношення сигнал/завада на остаточних матеріалах і збільшити точність визначення глибин і положення відбиваючих границь у розрізі. Це досягається за рахунок побудови сейсмічних зображень за допомогою міграційних перетворень, застосування зворотної і просторової фільтрації та інших операцій.

За отриманими даними будуються сейсмічні розрізи по профілям і складаються структурні карти по різним горизонтам. Крім того, шляхом додаткового аналізу часових розрізів СГТ і сейсмічних зображень, а в окремих випадках і первинних сейсмограм (в основному для малих глибин – до 2,5¸3 км), в камеральний період можливо здійснювати прогнозування геологічного розрізу, а також родовищ нафти, газу та деяких інших корисних копалин.

При ручній обробці даних на польовому етапі проводять первинну обробку сейсмограм, виділяють на сейсмограмах декілька маркуючих горизонтів і проводять їх кореляцію, вводять в спостереженні значення часу ряд поправок і попередньо оцінюють ефективні швидкості. На цій підставі складають попередній швидкісний розріз і схематичні структурні карти за маркуючими горизонтами. В камеральний період проводять остаточну обробку даних, будують сейсмічні розрізи і складають структурні карти.

Першим етапом первинної обробки сейсмограм є визначення моменту вибуху і маркування сейсмограм, тобто розбивка шкали відліку часу (рис. 4.9).

Рисунок 4.9 – Сейсмограма із записом відбитих хвиль

ПХ – пряма хвиля, ВХ – відбита хвиля, М – відмітка моменту вибуху

За нульову приймають першу марку часу справа від позначки вибуху, а інтервал між моментом вибуху і нульовою маркою вводять у вигляді поправки.

Марки, кратні 0,02 с, відмічаються точками, кратні 0,1 с - цифрами 1, 2, … Потім визначається час прибуття перших хвиль, як правило, це прямі чи заломлені хвилі. Для виділення корисних хвиль на сейсмограмах проводять фазову кореляцію. Після введення статичних поправок будують годографи, тобто графіки залежності часу прибуття хвилі від віддалі між точками спостережень. З цією метою початок координат розміщуємо в пункт вибуху О (рис. 4.6, 4.8). По осі абсцис відкладають віддаль до сейсмоприймача, а по осі ординат час .

При ручній обробці годографи є основним матеріалом для інтерпретації даних сейсморозвідки. Розрізняють лінійні годографи, побудовані за результатами спостережень по профілям (лініям) і поверхневі годографи, які отримуються при вивченні хвиль від одного джерела на декількох профілях (ділянок поверхні).

По годографу визначають уявну швидкість хвилі, як кутовий коефіцієнт дотичних до даної точки годографу , а також ефективну швидкість V_еф.

Ефективною швидкістю називається швидкість поширення пружних хвиль в однорідному середовищі, яке покриває плоску відбиваючу границю. У випадку відбитих хвиль ефективна швидкість знаходиться за наведеним вище рівнянням годографа відбитих хвиль для однорідного середовища

.

У простішому випадку можливо вибрати на годографі дві точки х₁ і х₂ і виміряти відповідні їм часи прибуття відбитої хвилі t₁ і t₂, а потім скласти для них два рівняння з двома невідомими h і V_еф Розв’язуючи цю систему, знаходять V_еф Однак, на практиці, внаслідок похибок у спостережених часах, застосовують більш точні способи, в яких використовуються не дві, а більша кількість точок годографу - зокрема, в зустрічних годографів. Якщо маємо два зустрічних годографа відбитих хвиль Г₁ і Г₂ (рис. 4.6), то рівняння для випадку горизонтальної відбиваючої границі має вигляд:

,

де l – вибуховий інтервал.

Звідси

Продиференціювавши останній вираз по х, маємо:

Тоді .

Значення швидкостей сейсмічних хвиль визначає правильність інтерпретації сейсмічних даних, достовірність оцінки глибин залягання відбиваючих та заломлюючих границь.

Відомості про середні швидкості досліджуваних розрізів отримують за даними спостережень в свердловинах (сейсмокаротаж, ВСП).

Знаючи ефективні швидкості поширення повздовжніх і поперечних хвиль в потужних шарах порід, можна оцінити значення пружних модулів порід у розрізі:

Коефіцієнт Пуасона -

, де і ,

підставляючи значення m, наприклад, у вираз для швидкостей поперечної хвилі, знайдемо .

Оскільки густина порід s звичайно змінюється у невеликих межах, то у першому наближенні на кожній глибині її можна вважати постійною величиною. Співвідношення швидкостей повздовжніх і поперечних хвиль для гірських порід також змінюється у вузьких межах (як і коефіцієнт Пуасона). Вважаючи =1,73, можна записати наближено .

Дані про пружні властивості порід можуть бути використані для прогнозування порід у розрізі, а також для прогнозування деяких видів корисних копалин. Інтерпретація даних сейсморозвідки включає побудову сейсмічних розрізів по відбиваючим і заломлюючим границям і складання структурних карт по окремим границям. За знайденими значеннями швидкостей і за годографами сейсмічних хвиль можна визначити глибину залягання відбиваючих і заломлюючих границь і за ними скласти сейсмогеологічний розріз.

Для побудови сейсмічного розрізу накреслюють рельєф денної поверхні, наносять пункти вибуху свердловини, а за нею стратиграфію і літологію порід. На сейсмічному розрізі жирними лініями виділяють опорні горизонти, які чітко простежуються на більшій частині профілів. Якщо на розрізах відсутні опорні горизонти, то будують штриховими лініями умовні горизонти на окремих ділянках (рис. 4.10).

Диз’юнктивні порушення проявляються на сейсмограмах, часових розрізах і зображеннях у вигляді розривів і зміщень осей синфазності. Зіставляючи всі дані разом із геологічними відомостями встановлюють ймовірні стратиграфічні і літологічні горизонти в розрізі. Поєднання сейсмічних і геологічних даних утворює сейсмогеологічні розрізи.

При побудові сейсмічних зображень за допомогою сейсмічної міграції глибинному масштабі з правильною швидкісною характеристикою середовища, сейсмічні розрізи можна отримати безпосередньо з сейсмічних зображень.

При цьому на розрізи можуть бути перенесені не тільки геометричні положення відбиваючих границь у розрізі, але і їх амплітуди. На сьогодні розроблені методи автоматичного аналізу сейсмічних зображень з метою побудови за ними сейсмічних розрізів за допомогою комп`ютерів.

Рисунок 4.10 – Приклад створення сейсмічного розрізу

При проведенні площинної зйомки результати сейсмічних досліджень зображують у вигляді ізогіпс різних сейсмічних горизонтів, тобто у вигляді структурних карт. Вони будуються, коли щільність мережі профілів дозволяє обґрунтовано проводити побудову таких карт, а також у випадку, якщо є маркуючі горизонти. З цією метою складають схему сейсмічних профілів, а на них виносять характерні значення глибин з розрізів по профілям і проводять ізолінії. За цими ж даними можна побудувати структурні карти за допомогою комп`ютерів. За даними об’ємної сейсморозвідки будують детальні структурні карти, а також об’ємні зображення досліджуваних об’єктів у сейсмічних хвилях.

Геологічна інтерпретація сейсмічних розрізів являє собою задачу, в процесі вирішення якої виділяються та прослідковуються відбиваючі горизонти по площі дослідження. Відбиття корелюються через ділянки скидів та через зони, де внаслідок тектонічних розривів відсутні відбиття, наприклад через склепіння структурного підняття або між блоками, зміщеними в результаті розривних порушень. Відбиття звичайно приурочені до границі між породами, які помітно розрізняються за літологічним складом. Така границя не завжди точно співпадає з хроностратиграфічною границею, наприклад з підошвою або покрівлею системи або серії, вона може бути просто сейсмічним маркуючим горизонтом, який розташований поблизу такої геологічної границі. Питання про ідентифікацію сейсмічних границь вирішується за допомогою кореляції даних сейсмічних спостережень на поверхні та по свердловинам.

У нафтовій розвідці сейсмологічні карти супроводжують примітками, що вказують на наявність очікуваних підйомів чи інших структур, які є потенційними пастками вуглеводнів. В рудних та інженерних дослідженнях найбільш важливими елементами, які потребують більш детального висвітлення, є розривні порушення, круті кути падіння, структурні вісі вклинювання чи варіації інтервальної потужності.

Найбільш надійним засобом геологічного контролю інтерпретації сейсмічних даних є дані досліджень у свердловинах.

Іншим способом геологічного контролю може бути прив’язка результатів сейсмічної інтерпретації до виходу порід на поверхню.

За останні роки визначались два основні напрямки в геологічній інтерпретації сейсмічних даних: сейсмостратиграфія (СС) та структурно-формаційна інтерпретація (СФІ).

В сейсмостратиграфії сейсмічні розрізи розглядаються як складові геологічного розрізу. Головні елементи методології СС:

1) виділення седиментаційних комплексів за встановленими на сейсмічних розрізах границями неузгоджень;

2) виділення та локалізація сейсмофацій за типами сейсмічних рисунків нашарувань;

3) аналіз режимів регресії та трансгресії палеоморя по характерним рисункам прилягання та вклинювання сейсмічних горизонтів у прибережній зоні.

Структурно-формаційна інтерпретація (СФІ) – побудова завершального сейсмогеологічного розрізу. Вона включає дві стадії:

1) аналіз, призначення якого головним чином полягає в пошуку необхідної й достатньої сукупності сейсмічних відображень розрізу, які дозволяють найбільш повно вивчити його різноманітні властивості;

2) синтез, мета якого – інтегрування, узгодження, взаєпов’язання всіх зображень та визначених властивостей, як параметричних, так і генетичних, у вигляді єдиного сейсмогеологічного розрізу (схеми, карти, об’ємні моделі).

В останні роки в інтерпретації результатів обробки даних сейсмічних методів в складних сейсмогеологічних умовах стали все більше застосовуватись геомеханіка та петрофізика. Отримали розвиток підходи, засновані на вивченні особливостей поширення сейсмічних хвиль в пористих та тріщинуватих середовищах. Одним з критеріальних параметрів при цьому є швидкості сейсмічних хвиль. Пошукова ознака наявності покладу – присутність області відносно низьких значень шарових (пластових) швидкостей. Більш точною пошуковою ознакою є відмінність швидкостей поширення повздовжніх та поперечних хвиль та їх співвідношення в пористому середовищі при різних фазових станах та складу флюїду: нафта-газ-вода. У пористому середовищі V_p більшою мірою залежить від кількості пор, заповнених газом, ніж V_s.У цьому випадку нафтогазовий поклад повинен характеризуватися підвищеним відносно вміщуючого середовища. Численними дослідами доведено, що, починаючи зі значень пористості більше 20%, відносно високі значення g в осадових породах можуть майже однозначно інтерпретуватися як результат газонасичення.

У другій половині 70-х років ХХ сторіччя почав активно розвиватися новий напрямок – просторова сейсмічна розвідка (тривимірна або 3D сейсміка) на основі суцільних регуляторних площинних систем спостережень.

Роботи 3D дають щільне й рівномірне “заповнення” досліджуваної площі обробленими даними сейсморозвідки, тоді як роботи 2D (звичайна двомірна сейсморозвідка) мають високу цілісність даних лише по лініях профілів та “порожні” проміжки між профілями.

Додавання третього виміру та взагалі різке збільшення об’ємів сейсмічних спостережень призвело до того, що швидка та якісна інтерпретація сейсмічних даних може бути виконана лише за використання потужних обчислювальних систем, а також спеціалізованих систем інтерпретації. Програмне забезпечення, як правило, повинне передбачати можливість спільної й одночасної роботи з різноманітними типами даних з результатами обробки не лише сейсмічних даних, але й даних геофізичних досліджень свердловин (ГДС) та ін. Тому для проведення сейсмічної інтерпретації створюються все більш досконалі сейсмічні інтерпретаційні системи.