Гравиметрическая разведка
Метод разведочной геофизики, основанный на изучении гравитационного поля Земли.
Метод разведочной геофизики, основанный на изучении гравитационного поля Земли.
Гравиметрическая разведка выделяет структуры, скрытые осадочными породами и поэтому недоступные изучению обычными геологическими методами. В результате проведения гравиметрической съёмки по качественным оценкам гравитационного поля могут быть выделены как районы, перспективные для поисков полезных ископаемых (общая Г. р.), так и отдельные геологические структуры, в которых возможны нефтяные, газовые и различные рудные месторождения.
При детальной гравиметрической разведке тщательно изучаются локальные аномалии силы тяжести с тем, чтобы определить условия и элементы залегания аномалеобразующих объектов (глубину, форму и размеры).
В общем случае решение этой задачи неоднозначно: можно подобрать бесконечное число различных распределений аномальных масс, создающих одну и ту же гравитационную аномалию.
Однозначное решение можно найти, делая определённые предположения об аномальных массах и используя геологические сведения и выводы др. геофизических методов. Г. р., как правило, ведётся в комплексе с магниторазведкой, электроразведкой и сейсморазведкой.
Наряду с наблюдаемыми гравитационными аномалиями в гравиметрической разведке часто используются получаемые путём пересчёта различные производные от них или те же гравитационные аномалии, но соответствующие точкам выше и ниже земной поверхности.
Операция пересчёта называется трансформацией гравитационного поля.
По качественному характеру трансформированного гравитационного поля лучше выделяются отдельные геологические структуры. В благоприятных условиях трансформация позволяет определять глубину их залегания и форму.
Для решения задач гравиметрической разведки проводится гравиметрическая съёмка, которая по условиям её производства подразделяется на наземную, морскую (надводную, подводную, донную), подземную и воздушную.
Данные гравиметрических съёмок используются при изучении глубинного строения Земли.
Гравиразведка
Гравиразведка отличается возможностью изучать горизонтальную (латеральную) неоднородность Земли и характеризуется сравнительно большой производительностью полевых наблюдений. Гравиразведка применяется для решения самых различных геологических задач с глубинностью исследований от нескольких метров (например, при разведке окрестностей горных выработок) до 200 километров (например, при изучении мантии).
Гравиметрическая съемка практикуется для выявления соляных куполов, антиклиналей, погребенных хребтов, разломов, неглубоко залегающих коренных пород, интрузий, рудных тел, погребенных вулканических кратеров и проч.
Методы измерения ускорения силы тяжести и его приращения делятся на динамические и статические. Под динамическими понимаются такие методы, в которых наблюдается движение тела под действием силы тяжести (качание маятника, свободное падение тел и др.) В этом случае g определяется через параметры движения тела и параметры установки. Например, при определении абсолютного значения ускорения силы тяжести методом свободного падения, измеряется время свободного падения тела и расстояние, пройденное телом. В статических методах действие силы тяжести компенсируется (например, силой упругости пружины), а g определяется по изменению статического положения равновесия тела.
В практике гравиразведки применяются в основном статические гравиметры. Они основаны на компенсации силы тяжести силой упругости пружины или силой кручения нити. Гравиметры служат лишь для относительных измерений ускорения силы тяжести. Абсолютное значение 
в i-той точке получают, суммируя известное 
на исходной точке и измеренное приращение ускорения силы тяжести 
между i-той и исходной точками.
При морских съемках используются гравиметры, чувствительная система которых находится не в вакууме, а в вязкой жидкости, для исключения влияния ускорений, вызванных качкой. Используются также цифровые гравиметры.
Из динамических методов, использующихся для относительных измерений, наиболее часто применяется маятниковый. Хотя маятниковые приборы и подвержены воздействию температуры, влажности и других факторов, они характеризуются очень медленным и плавным сползанием нуль-пункта.
В настоящее время известны методы абсолютных и относительных измерений силы тяжести, основанные на изучении колебаний струн. В них измеряется частота колебаний струны, ее длина и масса.
Для измерения вторых производных потенциала силы тяжести применяют вариометры и градиентометры. Чувствительным элементом данных приборов являются крутильные весы, представляющие собой коромысло с двумя грузиками равной массы на концах, закрепленные на вертикальной нити. Неоднородности поля силы тяжести вызывают поворот коромысла на определенный угол, позволяющий судить об их величине.
Чаще всего применяется пешеходная съемка, реже для перемещения между пунктами используется автотранспорт. Его применение позволяет сократить промежутки времени между наблюдениями на разных точках, что повышает производительность работ, а также их точность, поскольку позволяет снижать влияние сползания нуль-пункта. Однако использование автотранспорта повышает стоимость работ и часто неосуществимо из-за отсутствия дорог.
Съемки проводятся рейсами, начинающимися и заканчивающимися на опорных пунктах. Опорная сеть разбивается для учета сползания нуль-пункта и нахождения абсолютных значений ускорения силы тяжести.
В нашей стране существует так называемая государственная сеть, включающая в себя пункты 1, 2 и 3 классов точности, на которых ускорение силы тяжести измерено с высокой точностью. Расстояния между этими пунктами составляют около 10 км, что не позволяет использовать их для выявления аномальных значений поля силы тяжести. Однако, поскольку на них известны абсолютные значения ускорения силы тяжести, к ним осуществляется привязка опорных сетей.
Помимо наземных гравиметровых съемок, существуют также морские, авиационные, подземные, скважинные, а также вариометрические и градиентометрические съемки.
1. Морские гравиметрические работы делят на надводные, подводные и донные. Надводные проводятся на кораблях и отличаются наиболее сложной используемой аппаратурой и обработкой из-за наличия ускорений силы тяжести, обусловленных качкой. Приборы помещают в карданов подвес или на гироплатформы, обеспечивающие их постоянное вертикальное положение. Так же, как при наземных съемках, используются опорные точки, на которых начинается и заканчивается каждый рейс. Они располагаются в портах. Точность определения приращений силы тяжести при надводных съемках достигает 1 мГал. Более высокой точностью отличаются измерения, проводимые на подводных лодках, поскольку в этом случае меньше влияние возмущающих ускорений.
3. Под подземной гравиразведкой понимаются съемки в горных выработках и шахтах. В удобных местах располагаются опорные точки, привязанные к государственным гравиметрическим пунктам на поверхности. Расстояния между рядовыми точками при подземных съемках обычно значительно меньше, чем при наземных. Подземные работы позволяют исследовать тела с аномальной плотностью сбоку и снизу, но требуют учета воздействия вышележащих толщ.
4. Аналогичными преимуществами и недостатками обладают скважинные гравиметрические измерения. Кроме того, они должны быть устойчивы к высокому давлению, температуре, «уметь» принимать вертикальное положение в наклонной скважине. Точки наблюдений располагаются через десятки метров по стволу скважины, что связано со сравнительно невысокой точностью измерений.
5. При съемках с вариометрами и градиентометрами измеряются вторые производные гравитационного потенциала. Они применяются при детальных разведочных работах, причем преимущественно на небольших площадях, где есть аномалии, обусловленные наличием рудных тел и др. Они обычно являются площадными, причем расстояния между точками зависят от масштаба съемки и изменяются от 5 до 100 м.
Обработка данных гравиметровых съемок.
Обработка данных гравиметрической съемки делится на два этапа – первичный и окончательный. Первичная обработка выполняется в поле, в процессе проведения съемочных работ, окончательная в камеральных условиях на базе партии или экспедиции.
При первичной камеральной обработке обычно ведется расчет полных значений ускорения силы тяжести с введением поправок за лунно-солнечные вариации (при высокоточной съемке), иногда за температуру и нелинейность шкалы прибора, а также рассчитываются реальные погрешности съемки. Но чаще всего при обработке вводится поправка только за смещение нуля гравиметра.
Наблюдения с гравиметром обычно проводятся на неровном рельефе земной поверхности. При этом значение силы тяжести зависит от высоты точки наблюдения – с увеличением высоты значения силы тяжести уменьшается. Для того, чтобы рельеф поверхности наблюдения не вносил ошибок в наблюденные данные, результаты гравиметрической съемки приводят к уровню моря (или редуцируют на уровень моря).
Эта поправка называется поправкой за высоту точки стояния в свободном воздухе, или редукцией Фая:
где gн — измеренное значение ускорения силы тяжести, мгл;
γ0 — нормальное значение ускорения силы тяжести, мгл;
h — абс. отметка пункта наблюдений, м.
Эта поправка должна прибавляться к измеренной силе тяжести, если точка наблюдений находится выше уровня геоида, и вычитаться, если ниже.
Поправка за высоту определяется из предположения, что между уровнем моря и поверхностью наблюдений ничего нет. На самом же деле в пространстве между уровнем моря и рельефом поверхности съемки находятся горные породы с плотностью σп.с. (так называемая плотность пород промежуточного слоя). Поэтому вводится поправка за плотность промежуточного слоя.
В практике обработки обычно обе эти поправки объединяются в одну и суммарная поправка называется поправкой (или редукцией) Буге, которая вычисляется с помощью равенства
где σ — плотность промежуточного слоя (слоя горных пород, залегающих между уровнем моря и уровнем наблюдения), г/см 3 ;
Значения редукции Буге близки к нулю в платформенных районах с горизонтально залегающими толщами горных пород, плотность которых изменяется в основном с глубиной.
На результаты измерений с гравиметрами оказывает воздействие избыток или недостаток масс, расположенных вокруг точки наблюдения. Необходимость введения поправки за окружающий рельеф определяется в каждом конкретном случае степенью расчленённости рельефа и необходимой точностью работ. Как положительные формы рельефа, находящиеся вокруг точки наблюдения, так и отрицательные уменьшают наблюдённое значение силы тяжести. Поэтому поправка за влияние рельефа всегда положительна.
Вычисление аномалий вручную представляет трудоемкую задачу и давно не практикуется. Для этих целей эффективно используются компьютеры.
Геологическая интерпретация гравитационного поля.
Геологическая интерпретация – это истолкование, выявление закономерностей распределения гравитационных аномалий на земной поверхности и установление причин аномалий, то есть их связи с геологическими объектами.
Интерпретация делится на качественную и количественную.
При качественной интерпретации выделение аномалий ведется визуально или статистическими приемами. Дается визуальное описание характера аномалий силы тяжести по картам и профилям. При этом отмечается форма аномалий, их простирание, примерные размеры, амплитуда. Устанавливается связь гравитационных аномалий с геологическим строением, выделяются региональные и локальные аномалии, часто представляющие большой разведочный интерес. Региональные аномалии связаны с глубинными аномалиями плотности, с крупными структурами земной коры, поверхностью кристаллического фундамента и неоднородностями его петрографического состава. Локальные, или остаточные аномалии, получаются при вычитании из наблюденных аномалий региональных и приурочены к антиклинальным, синклинальным и дизъюнктивным структурам в осадочном чехле и фундаменте, залежам полезных ископаемых. По картам аномалий Буге, наблюденным, региональным или локальным, можно сделать качественные заключения об аномалосоздающих геологических объектах, исходя из того, что центры аномалий располагаются над центрами аномальных по плотности масс, а направление и форма изоаномал примерно соответствуют их простиранию и форме. Для геологического истолкования аномалий, выявленных при качественной интерпретации, необходимо использовать всю возможную геолого-структурную и петрографо-литологическую информацию.
С помощью количественной интерпретации решают прямую и обратную задачи гравиразведки. Нахождение аномалий силы тяжести и вторых производных потенциала от тел известной формы, глубины залегания, размера и плотности носит название прямой задачи гравиразведки. Обратная задача состоит в вычислении местоположения и параметров геологического объекта (форма, размер, плотность) по данному распределению гравитационного поля. Обратные задачи решаются методом сравнения полевой аномалии с теоретически рассчитанными, у которых геометрические параметры и избыточные плотности постепенно изменяются до получения наименьших расхождений между кривыми. Если прямые задачи, как и всякие прямые задачи математической физики, однозначны, то обратные задачи неоднозначны. На рис. ниже приведен схематический пример того, как тела разного сечения и глубины залегания даже при постоянной избыточной плотности могут создать одинаковую аномалию силы тяжести.
 |
| Рис.К неоднозначности решения обратной задачи гравиразведки |
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Гравиразведка — новые возможности изучения геологического строения и прогнозирования нефтяных месторождений для повышения эффективности бурения
Efficiency of high-precision gravity prospecting at discovery of oil fields at late stage of development
SLEPAK Z.M.,
Institute of Geology
and Petroleum Technologies,
Kazan Federal University,
Kazan, 420011,
Russian Federation
Гравиметрический метод, или гравиразведка, является одним из основных методов разведочной геофизики, широко применяемым для изучения глубинного строения земной коры и решения многих геологических задач. Метод заключается в изучении поля силы тяжести, естественного физического поля Земли (гравитационного поля) и плотности горных пород. Поле определяется путем измерений в виде гравиметрических съемок различных масштабов, проводимых на земной поверхности, в шахтах и скважинах, в морях и океанах, из воздушного пространства. Это позволяет изучать строение Земли и решать многие геологические задачи. Для изучения плотностей горных пород и их изменчивости в земной коре проводятся измерения по керну, обработка диаграмм ГИС и другие исследования.
Статья содержит информативные сведения о новых технологиях и результатах решения задач нефтяной геологии по данным высокоточных гравиметрических измерений и ГИС. Приводятся примеры выявления нефтеносных структур, природных битумов, участков повышенной пористости пород в турнейско-девонских карбонатных отложениях, с которыми могу быть связаны месторождения неструктурного и литологического типа. Показано, что физико-геологические особенности геологических сред и нефтяных месторождений, изучаемые по данным высокоточной гравиразведки и ГИС, должны учитываться при выполнении буровых работ.
This paper contains information about technologies and results of solving a number of oil geology problems based on data of high-precision gravity measurements in various structural levels of sedimentary complex in the Urals and Volga region.The examples of predicting oil-and-gas bearing structures, undiscovered formations in areas of previously discovered oil fields, areas of increased rock porosity in carbonate complexes, to which non-structural fields may be confined, as well as accumulations of high- viscosity oil (natural bitumen) are provided here.This paper shows that high-precision gravity prospecting and well survey results at the late stage of oil field development allow effectively discovering the features of geological structure of predicted objects and deposits, inclosing them
В минувшем столетии наземными гравиметрическими съемками различных масштабов покрыто более 92 % территории бывшего Советского Союза
(17 мл. кв. км). На всех этапах их проведения основной задачей являлись поиски нефтяных и газовых месторождений. При полевых работах применялись отечественные гравиметры типа ГАК, которые в настоящее время постепенно вытесняются более совершенными канадскими приборами Scintrex, повышающими качество измерений и значительно ускоряющими процесс измерений, одновременно уменьшая экономические затраты. Результаты площадных съемок представляются в виде карт аномалий силы тяжести в редукции Буге и графиков вдоль профилей, используемых для решения геологических задач, включая задачи нефтяной геологии.
При геологической интерпретации гравитационных аномалий осуществляется решение прямых и обратных задач гравиразведки. Прямая задача заключается в теоретических расчетах особенностей возможного отображения в гравитационном поле объектов поисков по создаваемым их моделям. Поскольку гравитационное поле зависит от изменения только одного параметра — плотности, то, в отличие от других геофизических методов, прямые задачи характеризуются однозначным решением для объектов любой сложности. Решение прямых задач позволяет более надежно решать обратные задачи, которые заключаются в создании плотностных моделей объектов поисков и вмещающих их геологических сред по аномалиям Буге.
Геологическую интерпретацию гравитационного поля принято разделять на качественную и количественную. Задачей качественной интерпретации гравитационного поля является геологическое истолкование карт и графиков аномалий, прослеживание по ним изменений поля, создаваемых объектами прогнозирования. Задача количественной интерпретации заключается в определении параметров объектов поисков: глубины залегания, направления простирания, угла наклона, размеров, аномальных плотностей.
В зависимости от особенностей решаемых конкретных геологических задач должны разрабатываться новые методы интерпретации гравитационных аномалий или применяться известные. Для поисков нефтегазоносных структур, с которыми связаны основные месторождения нефти и газа, успешно применяется разработанный автором метод геолого-геофизического моделирования (метод ГГМ). Он заключается в решении обратной линейной задачи гравиразведки (при которой задается геометрия геологической среды и определяются ее плотностные особенности) с одновременным созданием плотностных моделей изучаемых площадей и прогнозируемых объектов непосредственно по аномалиям Буге без применения трансформаций поля. Метод направлен на решение двух наиболее важных задачи нефтяной геологии: 1) прогнозирование потенциально нефтегазоносных структур осадочного комплекса и 2) изучение блокового строения и структуры консолидированной земной коры. Метод позволяет эффективно решать эти задачи на количественном уровне: в процессе решения обратных задач осуществляется построение плотностных интерпретационных моделей прогнозируемых объектов и оценивается их достоверность по априорным данным.
В отличие от многих методов интерпретации гравитационных аномалий, метод ГГМ позволяет извлекать информацию об особенностях геологического строения нефтяных месторождений и вмещающих их геологических отложений, что является чрезвычайно важным для проведения буровых работ [2 — 4].
Наиболее значимыми объектами проведенных исследований являются нефтегазоносные структуры различных морфолого-генетических типов, скопления природных битумов и зоны повышенной пористости пород в карбонатных толщах, к которым могут быть приурочены скопления нефтяных залежей неструктурного и литологического типа.
Актуальной является задача выявления новых месторождений природных битумов, являющихся объектами «неструктурного» типа, и ее решение несколько условно можно отнести к поздней стадии разработки.
Решение задач нефтегазовой геологии. Возможности современной гравиразведки и магниторазведки
На нескольких примерах рассмотрены практические возможности комплексной интерпретации материалов сейсморазведки и гравиразведки (магниторазведки) при поисках и разведке нефти и газа. Показано, что потенциальные методы позволяют повысить достоверность геологической модели, а при благоприятных условиях могут являться дополнительным источником информации при обработке и интерпретации материалов сейсморазведки, геологических реконструкциях и поисковых оценках площадей. Далеко неполный список конкретных задач несейсмических методов (в том числе грави- и магниторазведки) включает использование плотностной модели для оценки глубинно-скоростной модели и для создания низкочастотной модели плотности для сейсмической инверсии, интерпретацию вулканогенно-осадочных комплексов, изучение структуры фундамента и разломно-блоковой тектоники и другие задачи.
Основы теории анализа и геологической интерпретации данных гравиразведки и магниторазведки при поисках нефти и газа, включающие решение прямых задач, расчет трансформаций потенциальных полей, использование статистических методов, были разработаны во второй половине прошлого века – в «советский период» [Романюк Т.В., 2012; Супруненко и др., 2018].
Однако, долгое время несейсмические методы (гравиразведка, магниторазведка) были мало востребованы при решении задач нефтегазовой геологии, где в подавляющем большинстве случаев возможности сейсморазведки соответствовали сложности геологических задач. Практическое использование гравиразведки и магниторазведки при изучении осадочных разрезов с господством субгоризонтальных границ раздела ограничивалось трудоемкостью подготовки исходных данных и ограниченными возможностями графической визуализации при обработке и интерпретации материалов. На акваториях ситуация усложнялась относительно высокой погрешностью наблюдений.
Современные измерительные комплексы, системы спутниковой навигации, с одной стороны, и программные комплексы для обработки и интерпретации, с другой стороны, снимают эти ограничения и позволяют использовать потенциальные методы при создании и анализе сложных, часто трехмерных геологических моделей в комплексе с сейсморазведкой. В последние годы несейсмические методы все больше привлекаются для исследований перспектив нефтегазоносности на шельфе. Предположение о том, что относительно небольшие дополнительные затраты при проведении ГРР комплексом геофизических методов позволяет существенно уменьшить геологические риски нефтегазовых проектов, постепенно находит подтверждение на практике. Желтым контуром на рисунке 1 выделены участки, на которых проведены современные комплексные геофизические съемки, включающие высокоточные детальные сейсморазведочные, гравиразведочные и магниторазведочные работы [Лыгин и др., 2018; Lygin et al., 2016].
Среди несейсмических методов особенно заметными оказались успехи морской электроразведки (CSEM), геологической эффективности которых способствовал значительный контраст электрических свойств продуктивных и водонасыщенных структур. В случае гравиразведки и магниторазведки контраст плотностных и магнитных свойств в разрезе осадочного бассейна в большинстве случаев незначителен. Следовательно, и аномалии гравитационного и магнитного полей имеют небольшие амплитуды. Это требует аккуратного, последовательно строгого подхода на всех этапах работ – при проведении съемки, обработке и геологической интерпретации результатов наблюдений.
Материалы гравиразведки и магниторазведки совместно с данными сейсморазведки в настоящее время используются при решении традиционных геологических задач, к которым относится изучение структуры фундамента осадочного бассейна, разломно-блоковой тектоники, строения вулканогенно-осадочных комплексов. В качестве перспективных, развивающихся направлений использования материалов гравиразведки следует считать: уточнение глубинно-скоростной модели по результатам сейсмогравитационного моделирования, совместная «петрофизическая» интерпретация скоростных и плотностных моделей при анализе сейсморазведочных данных.
При этом современные возможности гравиразведки и магниторазведки, в первую очередь, благодаря высокой точности измерений, выходят за пределы перечисленных классических задач. На различных этапах геологоразведочных работ от проектирования съемок до эксплуатации месторождения существует ряд специфических задач, для которых возможности сейсморазведки ограничены. Примерами таких задач являются: уточнение местоположения (локализация) площадей сейсморазведочных работ, изучение строения верхней части разреза в области развития многолетнемерзлых пород или областях распространения магматических комплексов, проведение повторных гравиметрических наблюдений при мониторинге разработки месторождений (перемещение газо-водо-нефтяных контактов). Изучение вариаций гравитационного поля над известными месторождениями дает основания предполагать, что особенности современных геодинамических процессов в залежи позволят в будущем использовать результаты повторных гравиметрических наблюдений как прямой поисковый признак.
Несколько примеров, иллюстрирующих современные возможности гравиразведки при решении традиционных задач нефтегазовой геологии на шельфе, рассмотрены ниже.
Аппаратура и методика съемки
Для изучения гравитационного и магнитного поля на акваториях применяются в основном аэрогеофизическая или набортная съемка, когда оборудование устанавливается, соответственно, на борту самолета или на корабле, выполняющем сейсморазведочные работы. Основные технические сложности измерения ускорения силы тяжести в движении связаны с возмущающими ускорениями подвижного основания, которые на несколько порядков превышают гравитационный эффект геологических структур. Основная проблема изучения магнитного поля на акваториях (особенно в высоких широтах) связана с учетом геомагнитных вариаций.
Развитие цифровых технологий привело к созданию современных гравиметрических и магнитометрических комплексов, которые представляют собой сложные компьютеризированные системы, обрабатывающие в режиме реального времени большие объемы данных. Комплексный подход к решению технических и методических задач, использование спутниковой навигации и современных систем и алгоритмов обработки данных позволили на порядок повысить точность и детальность цифровых моделей гравитационного и магнитного поля по результатам набортной или аэрогеофизической съемки.
Современные методы проведения гравиметрических и магнитометрических съемок наблюдений позволяют достичь точности определения, соответственно, до ±0,1–0,3 мГал и ±1–3 нТл и детальности, которая отвечает минимальным пространственным размерам аномалий от 0,05 – 0,5 км. Иллюстрацией новых возможностей служат фрагменты карт изолиний ретроспективных и современных съемок (Рис. 2).
Обработка и интерпретация. Моделирование и расчет трансформаций
В процессе обработки из наблюденного поля исключаются эффекты, связанные с особенностями аппаратуры, методики и условий наблюдения, а также с известными свойствами поля. Это позволяет выделить и использовать для интерпретации аномалии, обусловленные геологическими причинами.
Структурные поверхности, полученные по результатам интерпретации данных сейсморазведки, являются отправной точкой для создания каркаса геолого-геофизической модели и последующего расчета геологических редукций и моделирования аномалий.
Геологическое редуцирование является простым и эффективным способом разделения аномального гравитационного эффекта известных источников и исследуемого остаточного поля. Для этого рассчитывается гравитационный эффект вмещающих комплексов, который вычитается из наблюденного поля. В результате остаточные локальные аномалии характеризуют плотностные неоднородности целевой части разреза (Рис. 3а). Геологическое истолкование аномалий позволяет создать структурно-тектоническую модель антиклинального поднятия (Рис. 3б) и оценить геологический риск проектной скважины в области положительной локальной аномалии как высокий.
а) Изогипсы кровли продуктивного горизонта и остаточные локальные аномалии поля силы тяжести (красной заливкой показаны максимумы, синей – минимумы), б) элементы тектонической схемы (красным цветом показаны положительные аномалии).
Моделирование аномалий гравитационного и магнитного поля (решение прямой задачи для заданного распределения плотности или намагниченности [Булычев и др., 2010]) позволяет в интерактивном режиме выполнить проверку нескольких геолого-геофизических моделей. Более достоверной является модель, для которой рассчитанное поле совпадает с наблюденным. Такой подход позволяет геологу (геофизику), использующему современное программное обеспечение, реализовать сложный итерационный алгоритм совместной интерпретации геолого-геофизических данных (Рис. 4) – использовать результаты структурной интерпретации данных сейсморазведки для создания каркаса плотностной (магнитной) модели, вносить необходимые изменения в модель, добиваясь наилучшего соответствия наблюденного и рассчитанного поля, и, при этом следить за тем, чтобы вносимые изменения не противоречили геологическим представлениям о строении исследуемой площади и сейсморазведочным данным.
Скважинные данные акустического и плотностного каротажа используются для изучения зависимости скорость-плотность (Рис. 5а) и пересчета 3D скоростной модели (куба скорости) (Рис. 5б) в исходную объемную плотностную модель (Рис. 5в).
а) Зависимость скорость-плотность, б) глубинно-скоростная модель, в) плотностная модель.
При недостатке сейсмических данных эффективным средством анализа и геологического истолкования потенциальных полей является вычисление трансформаций поля – пересчет поля в верхнее и нижнее полупространство, вычисление производных, разложение поля на частотные составляющие, пересчет магнитного поля к полюсу и др. Вычисление трансформаций позволяет подчеркнуть особенности поля, предположительно связанные с некоторыми элементами геологического строения.
Сейсморазведка с большой практической эффективностью использует идею расчета трансформаций волнового поля и последующего геологического истолкования «трансформант» или атрибутов волнового поля. При интерпретации данных потенциальных методов (гравиразведки и магниторазведки) анализ трансформаций поля широко используется для реконструкции разломно-блокового строения осадочного чехла и фундамента (Рис. 7). В частности, расчет высших производных позволяет «подчеркнуть» эффект латеральных изменений плотностных свойств разреза на контактах блоков.
В основе методики полного нормированного градиента [Березкин, 1973] лежит представление об особых точках поля (приближенный аналог точек дифракции для волнового поля). Аналитические методы продолжения производных поля в нижнее полупространство (т.е. ниже поверхности наблюдений) позволяют выделить области экстремальных значений градиента, которые соответствуют повышенным градиентам изменения плотности. В геологическом смысле особые точки могут свидетельствовать об изменении морфологии структурного горизонта, наличии разрывных нарушений и др. Это дает возможность восстановить элементы геологической модели в области отсутствия отражений на волновом поле (ниже акустического фундамента) (Рис. 8). В то же время метод не предполагает алгоритмических ограничений на местоположение особых точек замкнутым контуром, что позволяет создавать не блоковые, а градиентно-слоистые модели, которые, безусловно, ближе к геологическим условиям осадочных бассейнов.
Большим интересом со стороны специалистов-геофизиков и разработчиков программного обеспечения в области потенциальных полей пользуется задача конструирования трансформаций, которые позволяют выделить в аномальном поле эффект, обусловленный плотностными неоднородностями в некотором интервале разреза или некотором слое. Очевидно, что в случае успеха, это приводит к возможности автоматизированного расчета плотностной модели изучаемого объекта. Однако геологическая интерпретация такой модели всегда должна быть согласована с априорными геолого-геофизическими данными.
Одной из простых и эффективных трансформаций, которая позволяет подчеркнуть эффект плотностных неоднородностей в некотором интервале глубин (при благоприятных условиях!) является трансформация Сейксова-Нигарда. Метод основан на интерактивном подборе параметров трансформации, которые позволяют выделить компоненту аномального гравитационного поля, соответствующую продуктивному интервалу. При этом может наблюдаться устойчивая корреляция известных залежей и заданного атрибута гравитационного поля (Рис. 9).
Рассмотренные примеры лежат в области совместной геологической интерпретации данных сейсморазведки и потенциальных методов. Они свидетельствуют о том, что в настоящее время растет интерес к совместному решению обратной задачи сейсморазведки и гравиразведки, т.е. к задаче сейсмогравитационного моделирования. Практическое решение этой задачи зависит от создания эффективных алгоритмов решения прямой задачи расчета волнового поля для заданного распределения упругих свойств. Однако в настоящее время расчет волнового поля возможен только для относительно простых моделей геологической среды [Стогний и др., 2018].
Тем не менее, возрастающая сложность задач, которые решает нефтегазовая геофизика позволяет с оптимизмом смотреть в будущее несейсмических методов. При этом ключевым фактором геологической эффективности данных методов при создании геолого-геофизической модели месторождения остается интегрированная интерпретация материалов несейсмических методов и сейсморазведки и актуализированных геологических представлений.
Литература
1. Березкин В.М. Применение гравиразведки для поиска месторождений нефти и газа. Недра. Москва. 1973, 264 с.
2. Булычев А.А., Лыгин И.В., Мелихов В.Р. Численные методы решения задач грави- и магниторазведки. Москва. 2010, 164 с.
3. Лыгин И.В., Мясоедов Н.К., Твердохлебов Д.Н. Повышение информативности геологических моделей с привлечением данных гравиразведки и магниторазведки // Труды Международной геолого-геофизической конференции «ГеоЕвразия 2018. Современные методы изучения и освоения недр Евразии» [сборник]. Тверь: ООО «ПолиПРЕСС», 2018. 902 с.: ил., карты, схемы. ISBN 978-5-6040348-0-4.
4. Романюк Т.В. Изучение соотношений между скоростью сейсмических волн и плотностью в литосфере методом сейсмогравитационного моделирования // Академик В.Н. Страхов. Геофизик и математик. М.: Наука, 2012. С. 118–143.
