Способ определения углов наклона отражающих границ по данным МОГТ 2D Российский патент 2021 года по МПК G01V1/36 G01V1/28 G01V1/30 

Изобретение относится к одному из ведущих методов разведочной геофизики - сейсмической разведке и предназначено для определения значений углов наклона сейсмических границ в сложно построенных средах для решения геологоразведочных задач. Сейсмическая разведка, как метод геологической разведки, занимает в настоящее время ведущее место в комплексе работ при поисках и разведке месторождений углеводородного сырья. Поэтому важной задачей науки и практики является совершенствование технологии применения сейсмической разведки для получения максимально объективной информации об изучаемой геологической среде. Знание углов наклона основных геологических напластований открывает новые возможности в процессе обработки экспериментальных данных и, тем самым, получать более объективное представление о строении изучаемой среды. Предлагаемый в изобретении способ получения дополнительной количественной информации об угловых характеристиках сейсмических границ позволяет более объективно анализировать историю осадконакопления в изучаемых геологических толщах.

В сейсморазведке на первых этапах ее развития решение задачи определения углов наклонов отражающих границ проводилось с помощью использования кинематических свойств годографов отраженных волн. При этом, чаще всего использовались приемы, построенные на нахождении отношения разности времен прихода отраженных волн и разности координат в выбранных особым образом точках базы наблюдений (Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка: В 2-ч т. Т. 1. - М.: Мир, 1987, с. 162-171). Технологичность, точность и достоверность таких определений была, как и у всех методов, использующих характерные точки, невысокой.

В настоящее время основным способом получения информации о строении геологической среды является сейсмический метод общей глубинной точки (МОГТ) (Бондарев В.И., Крылатков С.М. Сейсморазведка: Учебник для вузов. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011, т. 1, с. 125-136). Этот метод предполагает получение представления о геологической среде на основе цифровой обработки совокупности специальным образом сформированных сейсмограмм, относящихся к равномерно расположенным по профилю общим средним точкам (ОСТ).

Сейсмограммы для каждой такой ОСТ подвергаются однотипной обработке с помощью целого ряда процедур, главными из которых являются ввод в трассы сейсмограмм статических и кинематических поправок и последующее горизонтальное суммирование этих трасс. В результате этого каждая сейсмограмма ОСТ превращается в одну суммотрассу - трассу будущего изображения среды - временного разреза или, после пересчетов времени отражения в глубину, глубинного разреза.

На получаемых таким способом сейсмических разрезах хорошо прослеживаются изображения сейсмических границ по профилю, дающие объективное представление как о строении геологической среды, так и об углах наклона сейсмических границ, разделяющих отдельные слои в среде.

Способ получения сейсмических изображений геологической среды по методу ОСТ (ОГТ), в котором углы наклона границ определяются опосредованно по получаемым сейсмическим разрезам или структурным картам, может быть принят в качестве одного из прототипов для данного изобретения. Основные положения данного способа опубликованы в 1956 году в патенте США Уильяма Мейна (Mayne W.H., 1956, Seismic Surveying. U.S. Patent. No. 2.732.906).

Однако такой способ построения временного (или глубинного) сейсмического изображения геологической среды позволяет получить хорошее представление о среде и угловых характеристиках границ в разрезе только в том случае, если среда содержит отражающие границы с углами наклона не более 3-5 градусов. При больших углах наклонов отражающих границ способ ОСТ будет давать искаженное представление, как о строении среды, так и об углах наклона границ в среде. Степень искажения будет тем выше, чем больше значения углов наклона отражающих границ. В силу этого обстоятельства для получения более правдоподобных сейсмических изображений среды, применяют дополнительные специальные методы преобразования глубинных или временных разрезов, которые принято называть миграционными преобразованиями. Количество используемых способов миграционных преобразований достаточно велико. Их сложность и эффективность сильно различаются. Несмотря на это миграционные преобразования широко применяются на практике и продолжают непрерывно совершенствоваться.

В качестве второго прототипа предлагаемого нами технического решения, может быть выбран оригинальный способ построения глубинного сейсмического разреза, изложенный в патенте Романенко и др. (Романенко Ю.А., Гарин В.П., Куликов В.А., Шемякин М.Л., 2009. Способ построения глубинного сейсмического разреза. - Патент РФ RU 2415449 C1).

Характерной особенностью этого способа является использование технологии сравнения интенсивностей суммарных цугов колебаний, полученных для серии заданных углов наклона отражающего элемента в некоторой выбранной расчетной точке среды. Интенсивность рассматривается как некоторая вычисляемая целевая функция, зависящая от значения угла наклона границы. На основе статистического анализа этой функции выбирается наиболее вероятный угол наклона границы в точке построения сейсмического изображения среды. Соответствующее этому углу значение интенсивности (функции цели) и является элементом получаемого глубинного сейсмического изображения.

Недостатками этого прототипа является сложность вычислений при использовании технологии суммирования во временном окне, размеры которого выбираются исходя из видимой длины цуга зарегистрированных колебаний. Это понижает вертикальную и горизонтальную разрешенность получаемого глубинного разреза, что, в конечном счете, приводит к большим погрешностям в определении углов наклона отражающих границ.

На основе анализа особенностей и недостатков прототипов, названных выше, нами выполнена разработка нового, более эффективного способа получения высококачественных изображений геологической среды по сейсмическим данным. Он основан на теории сейсмограмм фиксированной точки отражения (ФТО).

Задачей данного изобретения является создание оригинального способа определения углов наклонов сейсмических границ по данным наиболее распространенного сейсмического метода - метода многократных перекрытий в профильном варианте 2D.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в выбранных на профиле исследований ряде общих расчетных точек (ОРТ), как правило, совпадающих с точками ОСТ, при известном по профилю наблюдений характере распределения по глубине численных значений эффективной скорости распространения упругих волн по совокупности исходных трасс сейсмограмм общих точек возбуждения (ОТВ), многократно формируются и анализируются совокупности специально подобранных сейсмических трасс, объединенных общностью их возникновения от конкретных фиксированных точек отражения (ФТО). В качестве фиксированных точек отражения принято чаще всего рассматривать точки на отражающих границах, являющиеся основаниями нормалей, проведенных из выбранных ОРТ к каждой конкретной границе. Класс таких новых волновых полей впервые в сейсморазведке предложил рассматривать и использовать Н.Н. Пузырев (Временные поля отраженных волн и метод эффективных параметров. - Новосибирск, Изд-во Наука, 1979. - 296 с.). Более подробно кинематические свойства таких волновых полей впоследствии изучали Гольдин С.В., Левин А.Н., Яшков Г.Н. и др., а также авторы предлагаемого способа Бондарев В.И., Крылатков С.М. (Новые технологии анализа данных сейсморазведки. - Екатеринбург, Изд-во УГГУ, 2006. 116 с.). Лучевая схема траекторий сейсмических волн такого типа для одной отражающей границы показана на фигуре 1. На рисунке показаны: одна из ОРТ на профиле исследований, отражающая граница (ОГ) с глубиной h_ОРТ под ОРТ и углом падения ϕ, ФТО для выбранной ОРТ. На поверхности наблюдений показаны положения двух пунктов возбуждения ПВ1 и ПВ2 и соответствующих им пунктов приема колебаний ПП1 и ПП2.

Для горизонтально залегающих отражающих границ кинематические свойства таких волновых полей совпадают со свойствами годографов от общих средних (глубинных) точек. Однако для наклонно залегающих отражающих границ годографы волновых полей этого типа существенно отличаются от годографов ОСТ.

Использование волновых полей фиксированных точек отражения при традиционной практике получения сейсмических изображений геологических сред по ряду причин не получило широкого распространения. Однако наши последующие дополнительные исследования показали, что волновые поля, соответствующие фиксированным точкам отражения рассматриваемого вида, можно с успехом использовать в сейсморазведке для решения ряда задач, в том числе и для определения углов наклона отражающих границ. Это связано с тем обстоятельством, что при фиксированном положении точки отражения на границе, свойства годографов таких волн начинают существенным образом зависеть от угла наклона отражающей границы. При многократном суммировании амплитуд сейсмических трасс, полученных при разных положениях ПВ и ПП для соответствующих фиксированных точках отражения (ФТО), появляется возможность построения такого амплитудного функционала, который может быть эффективным динамическим индикатором угловых характеристик отражающих границ. Именно эта особенность волновых полей ФТО и открывает перспективы создания автоматизированного подхода к определению угловых параметров изучаемых сейсмических границ.

Для этого предлагается использовать ранее установленную авторами функциональную связь между координатами фиксированной точки отражения и координатами соответствующих пунктов возбуждения и приема колебаний (Бондарев В.И., Крылатков С.М. Новые технологии анализа данных сейсморазведки. - Екатеринбург, Изд-во УГГУ, 2006. 116 с.). Эта связь для ФТО рассматриваемого типа имеет следующий вид:

где h_ОРТ расстояние от ОРТ до ФТО по нормали к границе, ϕ - угол наклона отражающей границы в этой точке, - удаление источника от ОРТ, - удаление приемника от ОРТ (фигура 1).

В изобретении нами предлагается новая последовательность действий с зарегистрированными сейсмическими трассами, обеспечивающая получение в ряде выбранных общих расчетных точках профиля ОРТ достоверной динамической информации об углах наклона сейсмических границ в разрезе по результатам стандартных сейсморазведочных работ методом многократных перекрытий 2D заключающаяся в реализации совокупности следующих шагов:

1) выполняют профильные полевые сейсморазведочные работы по стандартной технологии методом многократных перекрытий МОГТ 2D;

2) подвергают полученные сейсмические записи (трассы и сейсмограммы) общих пунктов возбуждения предварительной стандартной в сейсморазведке обработке (вводу и коррекции статических поправок, компенсирующих влияние неоднородностей верхней части среды в пунктах возбуждения и приема колебаний, фильтрации и регулировке и т. п.);

3) на профиле, проходящем ортогонально предполагаемому простиранию горных пород, с заданным шагом выбирают сеть общих расчетных точек (ОРТ), в которых и будет производиться определение угловых параметров отражающих границ;

4) в окрестности каждой выбранной ОРТ в заданной области нижнего полупространства создают регулярную по осям Х и Z локальную сеть расположения возможных (виртуальных) фиксированных точек отражения ФТО с интервалами между точками dz (2÷20 м) по вертикали и dx (4÷25 м) по горизонтали (фигура 2);

5) предполагая, что через каждую построенную фиксированную точку отражения, имеющую координаты х_ФТО и z_ФТО, может проходить некоторая возможная плоская отражающая граница, нормаль к которой совпадает с прямой линией, соединяющей ФТО и ОРТ, рассчитывают по этим координатам кратчайшее удаление границы - глубину h_ОРТ и угол падения границы ϕ в фиксированной точке отражения под выбранной ОРТ(фигура 2);

6) выбирают одну их возможных фиксированных точек отражения и один из возможных на профиле исследований ПВ(i) и для этой пары точек по найденным ранее глубине h_ОРТ и ϕ рассчитывают координаты точки выхода ПП(i) отраженной волны на профиль наблюдений по выше приведенной формуле (1);

7) по известному значению эффективной скорости в среде до глубины залегания конкретной ФТО рассчитывают время пробега отраженной волны от ПВ до выбранной ФТО и от нее - до пункта ее регистрации ПП на профиле наблюдений:

8) по рассчитанному времени пробега отраженной волны на зарегистрированной наблюденной трассе находят значение амплитуды, характеризующее отражательную способность сейсмической границы в данной точке ФТО;

9) для повышения устойчивости процесса вычисления выбирают несколько амплитуд в окрестности найденного времени прихода отраженной волны;

10) найденные значения амплитуд отраженной волны или специально сконструированную из этих амплитуд некоторую их функция переносят для последующего накапливания в предварительно созданный сумматор на каждой ФТО;

11) аналогичным образом поступают с амплитудами, полученными из всех других доступных пунктов возбуждения и во всех точках созданной сети ФТО;

12) после переноса в каждый сумматор массивов амплитуд, полученных на разных трассах приема, производят синхронное суммирование сейсмических амплитуд, соответствующих одинаковым временам прихода после расчетного времени, полученный массив суммарных амплитуд сначала трансформируют в массив квадратов амплитуд, а, затем, вычисляют искомую функцию цели - (ФЦ) - сумму квадратов всех полученных амплитуд, рассчитывают значение этой функции цели (ФЦ) для всех возможных ФТО - во всех точках выбранной сетки узлов, относящихся к данной ОРТ;

13) полученное поле значений функции цели (ФЦ) в совокупности точек ФТО анализируют на предмет обнаружения значимых локальных экстремумов ФЦ, координаты которых характеризуют глубины и углы наклона реальных отражающих границ для данной ОРТ. На фигуре 3 показаны в системе координат глубина - угол наклона границ локальные значения аномалий функций цели (ФЦ), рассчитанные по теоретическому волновому полю, соответствующему модели среды с четырьмя отражающими границами: 1-изолинии значений функции цели, 2- график, показывающий характер изменения углов наклона границы по глубине в рассматриваемой точке ОРТ;

14) совокупность полученных результатов для ряда соседних ОРТ позволяют построить по сейсмическому профилю совокупность графических зависимостей угловых характеристик отражающих границ в разных точках изученного профиля. Последующая статистическая обработка этих данных может быть использована при построении уточненных сейсмических изображений среды.

Предложен новый способ определения углов наклона отражающих границ по данным МОГТ 2D. Способ может быть использован на стадии детальной обработки материалов профильной сейсморазведки, выполненной методом многократных перекрытий. Сущность предлагаемого способа состоит в том, что в нижнем полупространстве для любой общей расчетной точки (ОРТ) на профиле исследований создается достаточно плотная виртуальная сеть возможных фиксированных точек отражения (ФТО), в которых производится последовательно накапливание значений принятой функций цели (ФЦ) от множества доступных пикетов возбуждения. Для этого по рассчитанным временам пробега отраженных волн из каждого ПВ до каждой ФТО и соответствующего пункта приема определяются амплитуды волны и на их основе формируются значения специальной функции цели ФЦ, которая по максимальному разрастанию амплитуд количественно характеризует достоверность сделанного предположения о реальности отражательной способности каждой из созданных фиксированных точек отражения. Построив на созданной сети ФТО план изолиний значений ФЦ можно по локальным экстремумам этого поля выделить реальные ФТО, по локальным координатам которых определяются глубины и углы наклона отражающих границ в разрезе под рассматриваемой общей расчетной точкой (ОРТ). Технический результат - получение нового атрибута волнового поля, который может быть использован для обеспечения высококачественной обработки сейсморазведочных данных как в полевых, так и в стационарных условиях, что будет способствовать улучшению качества проведения геологоразведочных работ. 3 ил.

Способ определения углов наклона отражающих границ по данным МОГТ 2D на основе использования массивов выборок амплитуд сейсмических сигналов, полученных из ряда пунктов возбуждения и взятых с постоянным шагом дискретизации на протяжении заданного времени регистрации от множества сейсмоприемников, размещенных на известном расстоянии друг от друга и в совокупности определяющих заданную пространственную область изучения углов наклона отражающих границ, отличающийся тем, что в окрестности каждой выбранной общей расчетной точки (ОРТ) в требуемой области нижнего полупространства создают регулярную по осям координат Х и Z с шагами dx и dz локальную сеть, в узлах которой возможно расположение виртуальных фиксированных точек отражения (ФТО); рассчитывают для одной из зафиксированных точек отражения и каждого пункта возбуждения (ПВ) из числа имеющихся на удалении от рассматриваемой ОРТ координаты соответствующего ему пункта приема , а также время пробега отраженной волны от выбранного ПВ до ФТО и от него к соответствующему пункту приема (ПП); выбирают по расчетному времени на ПП из зарегистрированной на этом пункте приема сейсмической трассы амплитуду пришедшей отраженной волны и переносят ее в созданный ранее сумматор в этой фиксированной точке отражения; для повышения устойчивости процесса вычисления выбирают несколько амплитуд в окрестности найденного времени прихода отраженной волны; выбирают другой ПВ с другим удалением от ОРТ и выполняют все вышеназванные расчеты; после аналогичного переноса амплитуд трасс для всех возможных ПВ для рассматриваемой ФТО и суммирования всех перенесенных амплитуд вычисляют значение функции цели (ФЦ) принятой структуры; выбирают новую ФТО и повторяют расчеты значений функции цели для всех других точек ФТО; строят план изолиний значений параметра ФЦ для данного ОРТ и выполняют анализ структуры полученных изолиний ФЦ; выявляют и фиксируют характер изменений по глубине локальных максимальных значений ФЦ, по координатам которых и определяют местоположение и углы наклона отражающих границ в среде; строят на данной точке ОРТ график зависимости от глубины углов наклона границ для изученного разреза.