СПОСОБ НАЗЕМНОЙ ГРАВИРАЗВЕДКИ Российский патент 1996 года по МПК G01V7/00 

Изобретение относится к технологии гравиразведки, может быть использовало в различных областях, в том числе при поисках, разведке, доразведке в процессе эксплуатации месторождений углеводородов самостоятельно или в комплексе с другими геолого-геофизическими методами.

Известен способ гравиразведки (1), в котором для выявления характерных малоамплитудных аномалий силы тяжести, коррелирующихся в плане с залежами углеводородов, предлагается использовать детальные высокоточные наземные съемки по прямолинейным профилям, последующий визуальный анализ карт графиков аномалий силы тяжести по выработанным характерным признакам. Применение способа позволяет повысить геологическую эффективность гравиразведки по сравнению с методикой наблюдений на нерегулярной сети, использованием стандартных методов трансформаций в скользящем окне.

Недостаток известного способа заключается в возникновении существенных погрешностей, обусловленных анизотропией и искажающим влиянием рельефа местности. Анизотропия результатов обусловлена различной погрешностью выделения локальных аномалий силы тяжести вдоль и поперек съемочных профилей из-за неучитываемой при стандартной технологии нелинейной составляющей нульпункта гравиметра, а также технологией анализа карт графиков. Последняя приводит к ослаблению, вплоть до пропуска, аномалий, простирающихся вдоль профилей, аномалий в зонах больших горизонтальных градиентов, искажаются контуры и амплитуды локальных аномалий. Кроме того, результат находится в значительной зависимости от опыта интерпретатора. Искажения результативных карт обусловлены также использованием для интерпретации аномалий силы тяжести, вычисленных с постоянной плотностью промежуточного слоя, особенно существенные при проведении гравиразведки на расчлененном рельефе, сложенном породами различной плотности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ наземной гравиразведки (2), в котором для учета нульпункта гравиметра предлагается использовать наблюдения в секущих независимых рейсах по разностям в наблюденных значениях, полученных по результатам стандартной обработки, восстанавливать поведение нульпункта в звене (метод секущих рейсов).

Недостатком известного способа является то, что предлагаемое количество пересечений рейса составляет 20-З0% от количества пунктов, при этом перегибы нульпункта между точками пересечения в обрабатываемом звене не могут быть выявлены и учтены. Кроме того, автор не предлагает формализованный алгоритм восстановления кривой нульпункта, им описывается практически визуальный метод анализа графика разностей наблюдений в обрабатываемом и секущих звеньях. Очевидна множественность вариантов визуального построения сглаживающей кривой и, следовательно, неоднозначность получаемого в результате использования метода наблюденного значения силы тяжести на пункте съемки.

Целью изобретения является обеспечение квазиизотропности результатов гравиразведочных работ и минимизация искажающего влияния рельефа местности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе наземной гравиразведки, основанном на регистрации силы тяжести относительными гравиметрами на квадратной или прямоугольной сети наблюдений, учете изменения их нульпунктов в звене с привлечением наблюдений в секущих звеньях, учете реальной плотности промежуточного слоя, выделении информативных локальных аномалий силы тяжести путем исключения фоновой компоненты, наблюдения на пунктах съемки производят в двух взаимоортогональных равнопротяженных звеньях гравиметрических рейсов, учет изменения нульпункта гравиметра в звене, с привлечением наблюдений в секущих звеньях, осуществляют путем аппроксимации нульпункта как функции времени степенным многочленом, по данным гравиметрической съемки производят оценку плотности рельефообразующих пород корреляционно-статистическим методом, устанавливают закон изменения плотности от координат и высоты, используют его при вычислении поправок за влияние рельефа и значений аномалий силы тяжести, выделение информативных локальных аномалий обеспечивают исключением фоновой компоненты как нижней (или верхней) базисной поверхности поля.

Заявителями не обнаружены известные решения со сходными существенными признаками.

Предложенный способ реализуется следующей последовательностью операций: Полевые гравиметрические съемки проводят по квазиизотропной квадратной или прямоугольной сети. Отработка площади исследований производится блоками субквадратной формы, пункты наблюдений выносятся в натуру таким образом, чтобы образовывались прямолинейные линии пунктов в ортогональных направлениях. Пункты опорной сети выставляются по периметру съемочных блоков с шагом, близким к удвоенному проектному расстоянию между пунктами наблюдений на рядовой сети, наблюдаются по стандартной методике для опорных пунктов. Наблюдения на каждом пункте рядовой сети проводят в двух взаимоортогональных приблизительно равнопротяженных по времени звеньях, каждый из которых начинается и заканчивается на пунктах опорной сети. Производится определение предварительных наблюденных значений исключением линейной составляющей смещения нульпункта гравиметров стандартным способом. После проведения полного цикла наблюдений на всем блоке съемки для каждого звена производится выборка разностей между предварительными наблюденными значениями силы тяжести в данном звене и во всех прочих секущих звеньях. Осуществляется аппроксимация полученных ровностей как функции времени наблюдения в обрабатываемом звене степенными многочленами с перебором степени многочлена (как правило, от первой до пятой или шестой) и оценкой погрешности аппроксимации для каждой степени как корень квадратный из суммы квадратов отклонений исходных разностей от аппроксимирующего многочлена, деленной на количество точек, уменьшенное на количество коэффициентов многочлена (степеней свободы). В процессе аппроксимации производится пошаговая отбраковка исходных точек (разностей), на которых отклонение от аппроксимирующей функции, вычисленной без учета данной точки, превышает утроенную проектную погрешность единичного наблюдения, отбракованные точки при определении аппроксимационного многочлена не учитываются. Разности на начальной и конечной точках звена нулевые, при вычислении коэффициентов аппроксимирующего многочлена этим значениям присваивается больший вес для лучшей увязки уровней смежных блоков. В качестве оптимального выбирается многочлен, дающий минимальную погрешность аппроксимации, этот многочлен используется для уточнения смещения нульпункта в анализируемом звене и окончательного расчета наблюденных значений силы тяжести в этом звене. После обработки всех звеньев в блоке производится вычисление наблюденных значений силы тяжести на пунктах путем осреднения наблюденных значений в пересекающихся звеньях.

Проводят вычисление аномалий силы тяжести с использованием закона изменения плотности рельефослагающих пород, который получают по результатам гравиметрической съемки следующим образом:
Определяют плотность рельефообразующих пород по данным съемки. Плотность определяется в точках регулярной прямоугольной или квадратной сети. Шаг сети выбирается на основе изучения морфологии рельефа и геологических сведений о мощностях выходящих на дневную поверхность толщ. Расчет плотности осуществляется в скользящем окне, а результаты определения относятся к его центру узлу выбранной сети. Плотность определяется на основе минимизации функционала
где: N количество гравиметрических пунктов, попадающих в расчетное окно выбранных размеров;
Gф(xi,yi,hi) а, с. т. в редукции Фая в i-той точке, попадающей в окно;
D(xi, yi, hi) топопоправка в i-той точке, вычисленная с плотностью 1 г/см³;
P(xi, yi, hi) полином от координат; обычно выбирается полином первой степени (плоскость) от координат х и у; зависимость от h следует использовать только в областях с большими значениями топопоправок ( по крайней мере больше 1мгал);
S плотность.

Неизвестными в этом функционале являются коэффициенты полинома и плотность.

Одновременно с определением плотности вычисляется среднее значение (Нср. ) высот точек, попадающих в окно, и стандарт отклонения ( Dh) значений hi от аппроксимирующей их в окне поверхности полинома от координат х,у той же степени, что и полинома Р. По значениям Нср, по той же сети, что и для S строится цифровая модель рельефа дневной поверхности.

Значения Dh служат критерием для оценки устойчивости вычисления S в текущем окне. Если Dh близок к нулю, то плотность в текущем расчетном окне не определяется. Пороговое значение Dh выбирается опытным путем.

Размеры окна, в котором вычисляется плотность, выбираются из следующих соображений: для устойчивости решения в окно должны попадать гравиметрические пункты минимум трех профилей ( их количество должно быть больше числа неизвестных в функционале), перепады рельефа в окне должны обеспечивать устойчивое определение плотности, но в тоже время окно должно быть как можно меньше с тем, чтобы составляющая аномалии силы тяжести не связанная с влиянием рельефа, описывалась в окне полиномом P.

По сетям значений плотности и отметок рельефа определяют регрессионную зависимость плотности от координат x,y,h. Сначала проводят обработку данных с целью определения необходимости районирования площади. Районирование осуществляют исходя из геологических представлений или формально, на основе анализа характера изменения по площади графиков зависимости S от Н, которые строятся для небольших участков площади. В результате принимается решение о необходимости разбиения площади на ряд областей. При этом необходимо соблюсти следующее требование: выделенные области внутри площади работ должны иметь контуры в виде фрагментов периметра прямоугольника и в плане области должны перекрываться.

Для каждой из областей (или площади в целом) определяется регрессионная зависимость плотности одного из двух типов
где S(x, y, h) плотность в точке с координатами x,y,h, вычиc- ленная по формуле регрессии;
Sф фоновое значение плотности, представляющее из себя полином от координат х,у;
hiф фоновые составляющие соответствующих степеней отметок рельефа, i - степень, i 1,2,I;
ki коэффициенты регрессии при степенях h.

Оптимальный вид плотностной зависимости определяется в процессе перебора вариантов в рамках зависимостей вида 1 и 2 путем изменения степеней фоновых полиномов и степеней высот на основе анализа статистических характеристик регрессионных зависимостей. Для этого определяют коэффициенты корреляции между исходными значениями S и вычисленными на основе регрессии и коэффициенты корреляции между остаточной составляющей исходных значений плотности после вычитания из значений S фона Sф(х,у) и значениями S(x,y,h)-Sф(х,у). Кроме того, вычисляют значения стандартов плотности и ее локальной (за вычетом фона) составляющей, расчитанные по исходным значениям и по вычисленным на основе регрессионной зависимости. Предпочтение отдается тому варианту, который обеспечивает максимум коэффициента корреляции ( прежде всего локальных составляющих плотности) и близость стандартов соответствующих величин.

Полученные плотностные законы используют для расчета гравитационного влияния рельефообразующих масс, его расчет осуществляют либо на основе решения прямой задачи от детальной модели рельефа, либо в виде представления эффекта от масс рельефа в виде разности эффекта от плоскопараллельного слоя с переменной плотностью и значений поправок за рельеф; подошва плоскопараллельного слоя располагается на высоте уровня приведения аномалий силы тяжести, а кровля на высоте расчетной точки; закон изменения плотности в слое по высоте определяется для расчетной точки по ее координатам исходя из установленной плотностной зависимости; топопоправка вычисляется с переменной плотностью. За уровень приведения аномалий силы тяжести выбирается нижний или средний уровень дневной поверхности. При наличии на площади работ ряда участков с различными законами изменения плотности используют двумерное весовое суммирование плотностных законов, позволяющее построить единую на всю площадь карту гравитационных аномалий, на которой локальные аномалии, являющиеся объектом исследования, остаются неискаженными.

Для изучения микроструктуры гравитационного поля с целью выделения информативных локальных аномалий вычисляют фоновую компоненту аномалии силы тяжести в скользящем окне задаваемого размера как нижнюю (верхнюю) базисную поверхность. Эта поверхность определяется таким образом, чтобы во всех пунктах съемки она проходила либо ниже (выше) значений поля, либо через них. Для вычисления фоновой компоненты используются алгоритмы линейного программирования. Быстрым вариантом решения этой задачи является определение сечений поверхности, проходящих через центральную точку окна, в выбранных направлениях. По каждому из сечений определяется одномерный полином степени, выбранной интерпретатором для данного варианта обработки. Значения полиномов увязываются в центральной точке, это значение принимается за значение фоновой компоненты. Полученные значения фоновой компоненты на следующем этапе могут быть сглажены стандартными способами. Локальные аномалии силы тяжести получают вычитанием значений фоновой компоненты из значений аномалий силы тяжести.

Положительный эффект изобретения обусловлен тем, что совокупность существенных отличительных признаков позволяет повысить достоверность выделения информативных локальных аномалий силы тяжести за счет достижения квазиизотропности результативных аномалий и уменьшения искажающего влияния рельефа местности, повысить геологическую эффективность гравиразведки, в частности при решении задач плановой локализации залежей углеводородов.

Экономический эффект от использования данного способа можно оценить по сокращению затрат на геологоразведочные работы в комплексе геолого-геофизических методов при поисках и разведке залежей углеводородов, главным образом глубокого бурения.

Его широкое применение позволит повысить коэффициент удачи при глубоком бурении примерно на 10% что в денежном выражении для средней экспедиции глубокого бурения составит экономию около 100 млн. руб. в год.

Использование: на стадии поисков, разведки, доразведки в процессе эксплуатации месторождении углеводородов. Сущность: способ наземной гравиразведки, основан на регистрации силы тяжести относительными гравиметрами на квадратной или прямоугольной сети наблюдений, учете изменения их нульпунктов в звене с привлечением наблюдений в секущих звеньях, учете реальной плотности промежуточного слоя, выделении информативных локальных аномалий силы тяжести путем исключения фоновой компоненты, при этом наблюдения на пунктах съемки производят в двух взаимоортогональных равнопротяженных звеньях гравиметрических рейсов, учет изменения нульпункта гравиметра в звене с привлечением наблюдений в секущих звеньях осуществляют путем аппроксимации нульпункта как функции времени степенным многочленом по данным, гравиметрической cъeмки производят оценку плотности рельефообразующих пород корреляционно-статистическим методом, устанавливают закон изменения плотности от координат и высоты, используют его при вычислении поправок за влияние рельефа и значений аномалий силы тяжести, выделение информативных локальных аномалий обеспечивают исключением фоновой компоненты как нижней (или верхней) базисной поверхности поля.

Способ наземной гравиразведки, включающий измерения относительными гравиметрами в пунктах наблюдений, расположенных по квадратной или прямоугольной сети, учет изменения нульпункта по результатам измерений на пунктах опорной сети с учетом результатов измерений в секущих звеньях, учет плотности промежуточного слоя и выделение информативных локальных аномалий путем исключения фоновой компоненты, отличающийся тем, что измерения на пунктах наблюдений проводят в двух взаимно ортогональных равнопротяженных по времени звеньях гравиметрических рейсов, каждый из которых начинается и заканчивается в пунктах опорной сети, учет изменения нульпункта проводят путем аппроксимации нульпункта как функции времени степенным многочленом, плотность промежуточного слоя учитывают путем введения зависимости изменения вычисленной корреляционно-статистическим методом по результатам измерений плотности рельефообразующих пород от координат и высоты, а фоновую компоненту вычисляют в скользящем окне задаваемого размера как нижнюю или верхнюю базисную поверхность.