3.4. Сейсморазведка

Мировой кризис, начавшийся в 2008 г., усилил конкуренцию на рынке геолого-геофизических услуг, что способствует созданию новых технологий и технических средств. Основной объем геофизических работ на акваториях выполняется сейсморазведкой МОГТ в модификации 2D, 3D и 4D. Стандартный комплект технических средств включает источники упругих колебаний и сейсмические регистрирующие комплексы. Наиболее распространенными источниками упругих колебаний, с которыми производятся почти все работы, являются пневматические. Их развитие осуществляется по эволюционному пути, при котором совершенствуется надежность и расширяется спектр возбуждаемых колебаний, позволяющий повысить разрешающую способность сейсморазведки. В ряде случаев при работах в транзитных зонах пневмоисточники успешно используются в неглубоких скважинах. Существует множество модификаций сейсмических регистрирующих комплексов, которые можно разделить на три основных группы по виду приемных устройств: плавающие многоканальные косы, донные многоканальные косы, одно- или многоканальные автономные регистрирующие устройства. В России имеется 13 судов, оснащенных современными регистрирующими комплексами с плавающими сейсмокосами зарубежного производства. Лидирующей компанией по ряду показателей, включая объем выполненных работ на шельфе Арктики и наибольшее количество судов (семь), является ОАО «Севморнефтегеофизика» (СМНГ). В 2011 г. флот СМНГ пополнился судном «Вячеслав Тихонов» (проект Polarcus - Ulstein SX133), несущем 6-8 сейсмокос длиной до 6 км. Простейший вариант донной сейсмокосы отличается от плавающего аналога большим весом, позволяющим стабилизировать косу на дне. Именно такие косы впервые начали использоваться в СССР около 30 лет назад в односудовом варианте работ МОГТ в режиме «старт-стоп». В настоящее время донные косы оснащаются двух- и четырехкомпонентными приемниками (один гидрофон и 3 геофона), позволяющими регистрировать и обрабатывать продольные и обменные (поперечные) волны, что подняло морскую сейсморазведку на качественно новый уровень особенно при изучении газонасыщенных толщ. Российская компания SI Technology производит сейсмические косы в различных модификациях (включая 4-компонентные XZone March Line), хорошо зарекомендовавшие себя в сложных сейсмогеологических условиях, в том числе на мелководном шельфе Арктики (Хайпудырский залив в Печорском море). В качестве соединительного и несущего элемента данных кос служит стальной кабель-трос, через который осуществляется питание электронных модулей и передача 24-битных цифровых данных. Электронный модуль и группа приемников находятся в обтекаемом цилиндрическом корпусе из нержавеющего металла. Такие сейсмокосы можно буксировать практически в любых условиях дна моря и суши, включая зимой по снегу [Богоявленский В.И. Современные сейсмические технологии и технические средства поиска и мониторинга разработки морских месторождений нефти и газа в Арктике. //Стратегия морской деятельности России и экономика природопользования в Арктике «Арктика – 2012». 4 Всероссийская морская научно-практическая конференция, Мурманск, 7-8 июня, 2012. -Мурманск. -2012. -С. 144-146.].

Компанией PGS была разработана новая технология буксируемой морской косы, в которой помимо стандартных датчиков давления (геофонов) используются также датчики скорости частиц, что сулит значительное повышение уровня разрешения получаемых сейсмических изображений среды [PGS: новое технологическое решение в области морских буксируемых сейсмических кос. //Нефтегаз. технол. -2012. -№ 9, с. 16-17.: ил.]

Современная сейсморазведка в подавляющем большинстве случаев выполняется методом отраженных продольных волн. На территории регионов с относительно простым геологическим строением кинематические и динамические характеристики сейсмической записи в целом позволяют решать задачи поисков месторождений углеводородов. Районы сложного геологического строения осадочного чехла с резко изменчивыми коллекторскими свойствами потенциально продуктивных горизонтов и незначительными их толщинами, к которым относится Сибирская платформа, требуют новых оригинальных подходов к проведению сейсморазведочных работ с получением информации по распространению поперечных волн в геологической среде (технология многоволновой сейсморазведки). Совместная обработка двух типов волн и их интерпретация позволяют изучать сложные модели строения коллекторов (трещинно-поровые, каверново-трещинные), которые характерны для рифейских и вендских нефтегазоносных комплексов Сибирской платформы [Зарипов С.М., Детков В.А., Копылов М.А., Карстен В.В. Новая разработка – импульсный источник поперечных волн. //Нефтегаз. вертикаль. -2012. -№ 22, с. 26-30.: ил.].

Наиболее удачным известным примером импульсного взрывного источника колебаний для целей малоглубинной сейсморазведки является сейсморужье. Для генерации упругих колебаний в грунте используется энергия выброса пороховых газов в неглубокой скважине. В основном применяется заряд дымного пороха, который снаряжается в стандартные гильзы охотничьих патронов 12 калибра. Самым близким по своей технической сущности к предлагаемому является патент США № 4867266, который принимается в качестве прототипа. Устройство предназначено для возбуждения сейсмических сигналов в грунте с помощью взрыва одного или более патронов [Чирков. А.В. Пороховой импульсный источник упругих колебаний. //Стратегия и процессы освоения георесурсов. -2012. -№ 10, с. 180-182.: ил.].

С.Н. Медведев предложил новый метод измерения скоростей упругих продольных волн, который можно применить в сейсморазведке МОГТ. Для определения скорости необходимо построить годографы продольных волн, отраженных от верхней и нижней границ некоторого слоя трансверсально-изотропной среды с вертикальной осью симметрии. При заданном значении лучевого параметра (или при скорости редукции, равной обратной величине лучевого параметра) выполняется редукция этих годографов. Вводится понятие эффективной лучевой скорости, величина которой полностью определяется лучевым параметром, разностью нулевых времен и разностью значений редуцированных годографов в точках их минимумов. Обратный квадрат эффективной лучевой скорости является линейной функцией от квадрата лучевого параметра. Аппроксимация значений этой функции, полученных для заданного ряда дискретных значений лучевого параметра, по методу наименьших квадратов дает два параметра аппроксимирующей прямой, по которым вычисляется кажущаяся пластовая скорость и горизонтальная скорость сейсмической волны в выбранном слое. Технический результат: упрощение, повышение точности и устойчивости процесса измерения скоростей [Медведев С.Н. Метод измерения скоростей продольных волн в горизонтально-слоистой, трансверсально-изотропной среде. /Пат. № 2435176 RU, МКИ G01V 1/38 (2006.01). № 2010108707/28. Заяв. 09.03.2010. Опубл. 27.11.2011.].

Все наземные сейсмические работы при поиске нефти и газа, как на суше, так и на акваториях, выполняются методом ОГТ. Применение стандартных методик получения материала и стандартного графа обработки, принятого в нефтегазовой сейсморазведке, часто оказывается неэффективно при решении инженерно-строительных задач. С помощью решения прямой задачи методом лучевого моделирования на выбранных сейсмогеологических моделях реальной среды В.О. Ли и М.Л. Владов предприняли попытку получить количественные оценки эффективности метода ОГТ при разных параметрах модели [Ли В.О., Владов М.Л. Анализ эффективности 2D сейсморазведки методом ОГТ при изучении приповерхностной части разреза ЗА. //Вестн. МГУ. -2012. Сер. 4. -№ 3, с. 52-60.].

Изначально, в 60-х годах прошлого века, методика общей глубинной точки (ОГТ) разрабатывалась, как эффективное средство ослабления кратных отраженных волн, основного вида помех при поисках нефти и газа на километровых глубинах. Основным критерием определения параметров интерференционных систем регистрации являлась функция запаздывания, описывающая временные задержки регистрации кратных волн-помех по сравнению с целевыми отраженными волнами. При этом, безусловно, учитывалась и глубина исследований. Расчет параметров интерференционных систем регистрации отраженных волн, для интервала малых глубин выполняется, исходя из конкретного содержания поставленных задач, определяемого глубиной и размерами объектов поиска. Основными критериями служат необходимые для их решения вертикальная (длина волны) и горизонтальная (зона Френеля) характеристики разреженности сейсмической записи и уровень помех, определяемый отношением сигнал/шум. Подобный адапционный подход основан на результатах детального изучения особенностей формирования волнового поля. Установлено, что в интервале малых глубин влияние кратных волн и неидеально упругого поглощения ограничено. Здесь основной вклад в структуру записи обеспечивает слоистость и скоростная дифференциация среды, определяющие содержание регистрируемых интерференционных пакетов отраженных волн, на которые накладываются поверхностные волны и случайные шумы. Эффективность применения такого рода адапционных сейсморазведочных технологий подтверждена практикой сейсморазведочных исследований на Верхнекамском месторождении калийных солей [Санфиров И.А., Прийма Г.Ю. Адапционные сейсморазведочные технологии. //Стратегия и процессы освоения георесурсов. -2012. -№ 10, с. 145-148.].

Задачи, традиционно решаемые методом вертикального сейсмического профилирования, условно можно разделить на несколько направлений: (1) отождествление и параметризация волн разных типов и классов, выделяемых из совокупного регистрируемого волнового поля при ВСП – время вступлений, спектральный состав, поляризация и др.; (2) глубинная и стратиграфическая привязка выделенных волн; (3) дифференциация разреза на интервалы по упругим параметрам и создание скоростной модели околоскважинного пространства по волнам разных типов; (4) расчет глубинного и временного отображения околоскважинного пространства с прогнозом структурных особенностей разреза и сопоставлением с данными наземной сейсморазведки; (5) прогноз внутренней структуры породных комплексов (трещиноватость, тонкослоистость и т. п.). К требованиям, выдвигаемым заказчиком работ, следует отнести: (1) оперативность получения результатов (часто результат прогноза необходимо получить в течении нескольких дней после проведения работ); (2) разнородность данных, используемых при обработке, – данные ГИС, наземной сейсмики, многокомпонентные данные регистрации и возбуждения; (3) использование сложных моделей среды – криволинейные границы, анизотропия. Исходя из перечисленных задач и требований, система обработки и интерпретации данных ВСП должна включать соответствующие процедуры, которые позволят оперативно и корректно решить поставленную геологическую задачу. Разработанная В.М. Кузнецовым, Г.А. Шехтманом др. система 3C-INTERACT предназначена для интерактивной обработки и интерпретации записей многокомпонентных сейсмических наблюдений ВСП в различных модификациях метода, включая продольное ВСП, непродольное ВСП (НВСП), уровневое ВСП, ВСП с подвижным источником колебаний (ВСП-ПИ) и др. 3C-Interact позволяет решать все задачи, указанные выше, но главная особенность системы – это замкнутый граф обработки и интерпретации, позволяющий геофизику легко переключаться между разными этапами исследований, проверять разные варианты параметров, сочетать решения прямой и обратной задач. Система содержит весь набор стандартных процедур. К ее отличительным особенностям можно отнести: углубленную обработку трехкомпонентных записей; быструю 3D миграцию для различных типов и классов волн с учетом анизотропии; мощный интерактивный инструмент при совместной интерпретации данных ВСП, ГИС, сейсморазведки и подготовку отчетных планшетов [Кузнецов В.М., Шехтман Г.А., Попов В.В., Рыжков В.И. Обработка и интерпретация данных вертикального сейсмического профилирования в специализированной системе 3C-Interact. //Приборы и системы развед. геофиз.. -2011. -№ 4, с. 17-21.]

Carl Reine, Roger Clark и Mirko van der Baan предложили способ определения коэффициента поглощения сейсмических волн с учетом спектральной интерференции. Последняя обеспечивается специальной процедурой частотно-временного преобразования в переменном по размеру окне. В результате строятся зависимости амплитуды волн от угла прихода. Способ пригоден для разрезов с азимутальной анизотропией поглощения. Достоверность способа продемонстрирована на трехмерных моделях синтетических данных вертикального сейсмического профилирования [Reine Carl, Clark Roger, Van der Baan Mirko. Robust prestack Q-determination using surface seismic data. Pt. 1. Method and synthetic examples. //Geophysics. -2012. 77. -№ 1, с. R45-R56.].

Особенность предложенного метода заключается в подавлении спектральной интерференции. Эффективность метода показана авторами по результатам 3М сейсморазведки в западной Канаде. Построена карта коэффициента поглощения. Выделена область аномально сильного поглощения, приуроченная к газовой шапке нефтяной залежи. Коэффициент поглощения по данным ВСП 1/Q = 0,0271, по предложенному методу 1/Q = 0,0312 [Reine Carl, Clark Roger, Van der Baan Mirko. Robust prestack Q-determination using surface seismic data. Pt. 2. 3D case study. //Geophysics. -2012. 77. -№ 1, с. B1-B10.].

Следует обратить внимание на то, что в последнее время все чаще в научной печати появляются работы, касающиеся определения параметров трещиноватой среды с помощью сейсморазведки. В частности, Г.А. Дугаров, И.Р. Оболенцева и Т.И. Чичинина поставили перед собой вопрос решения обратной задачи геофизики о распространении волн в поглощающей трансверсально-изотропной среде – эффективной модели изотропной среды, содержащей систему параллельных трещин. Среда характеризуется матрицей модулей упругости – поглощения, элементы которой зависят от шести параметров – двух констант Ламе изотропной среды и четырех констант, описывающих трещины: действительных и мнимых частей комплекснозначных ослабленностей, нормальной и касательной. Обратная задача ставится как задача нахождения четырех параметров трещин по анизотропии скоростей и поглощения волн qP, qSV и SH, наблюдаемой в заданном диапазоне направлений их распространения. Решение состоит в минимизации методом наименьших квадратов невязки между наблюденными и теоретическими значениями скоростей и поглощения. Анализ решения приводит к следующим выводам. По данным квазипродольных волн qP хорошо определяются только нормальные ослабленности. Касательные ослабленности оптимально определять по данным поперечных волн SH, а квазипоперечные волны qSV можно использовать только при отсутствии петель на поверхностях лучевых скоростей. Наилучшие результаты дает совместное использование волн qP и SH в окрестности оси симметрии среды [Дугаров Г.А., Оболенцева И.Р., Чичинина Т.И. Оценка параметров трещиноватой среды по данным об анизотропии скоростей и поглощения сейсмических волн. //Технол. сейсморазведки. -2011. -№ 3, с. 49-59.].

При построении сейсмических моделей используются самые разные данные, чтобы оценить параметры разреза нефтегазового бассейна и аспекты его формирования. Основным принципом геологической интерпретации скоростных параметров разреза является анализ отклонений наблюдаемого скоростного поля от скоростных моделей и факторов, вызывающих эти отклонения. Скоростные модели отражают изменение интервальной скорости основных литотипов разреза в зависимости от глубины максимального погружения. Особенностью методики является использование при анализе скоростного поля в качестве интерпретационного параметра амплитуды инверсии разреза, представляющей разницу между глубинами его максимального погружения и залегания [Коблов Э.Г., Ромашов М.В., Харахинов А.В., Ткачева Н.А. Возможности сейсмоскоростного моделирования в исследовании разреза нефтегазоносного бассейна. //Науч.- техн. вестн. «Роснефть». -2012. -№ 3, с. 20-24, 55.].

К настоящему времени практически опробована инновационная технология построения объемных седиментационно-емкостных моделей осадочных бассейнов СЕМ-СФП на экспериментальных материалах, полученных по различным регионам Российской Федерации и на различных этапах геофизических работ. Технология применима для слабоизученных осадочных бассейнов. Она базируется на интеграции седиментационно-емкостного моделирования (СЕМ) и сейсмоформационного прогнозирования (СФП). Создание двух объемных моделей, построенных по существу независимо и по разным исходным данным, позволяет на основе их сопоставления и комплексирования существенно повысить надежность прогнозирования разреза. [Мушин И.А., Фортунатова Н.К., Белоусов Г.А. Технологии построения объемных седиментационно-емкостных моделей осадочных бассейнов. //Технол. сейсморазведки. -2012. -№ 1, с. 37-45.].

Известен эффект аномально повышенного микросейсмического фона над залежами нефти и газа. Предлагается практически использовать этот эффект в качестве поискового признака при разведке нефти. Е.В. Биряльцев, А.А. Вильданов и др. сопоставили результаты численного моделирования распространения микросейсм в среде с залежами углеводородов с экспериментальными данными в аналогичных геологических условиях, а также результаты выявления корреляционных зависимостей между параметрами залежи и параметрами наблюдаемых аномалий в спектре микросейсм. Установлено, что возникающие спектральные аномалии можно использовать в качестве индикатора наличия нефтегазовых залежей в разрезе, в том числе в условиях формирования малоразмерных, малоамплитудных и сложнопостроенных геологических объектов [Биряльцев Е.В., Вильданов А.А., Еронина Е.В., Рыжов В.А. Теоретические аспекты и опыт использования низкочастотных микросейсмических исследований при разведке залежей нефти. //2 Международная геолого-геофизическая конференция и выставка «Тюмень-2009», Тюмень, 2-5 марта, 2009. -Houten. -Тюмень -2009. -С. 49-52.: ил.].

В результате проведения теоретических и экспериментальных исследований нелинейных явлений в акустике установлено, что использование этих явлений позволяет создавать гидроакустические приборы и комплексы для поиска подводных и заиленных объектов, подводного наблюдения, разведки минеральных и биологических ресурсов, мониторинга океанской среды. С.П. Тарасовым и В.А. Ворониным предложены необходимые характеристики параметрических приборов, используемых для решения различных задач нелинейной гидроакустики [Тарасов С.П., Воронин В.А. Перспективы применения методов нелинейной акустики в технологиях гидроакустического поиска. //Фундам. и прикл. гидрофиз. -2011. -4. -№ 3, с. 78-92, 2.].

В настоящее время в связи с интенсивным развитием акустики появилась возможность создания просветных радиогидроакустических систем комплексного мониторинга гидрофизических и геофизических полей, формируемых источниками водной толщи и морского дна на акваториях шельфовых зон в диапазоне частот, охватывающем сотни-десятки-единицы-доли Герца. А.Е. Малашенко, М.В Мироненко и др. обосновываются практические пути формирования систем мониторинга как быстроразворачиваемых, обеспечивающих возможность прямого мобильного поиска залежей углеводородов на морском шельфе [Малашенко А.Е., Мироненко М.В., Карачун Л.Э., Чудаков А.И. Гидроакустическая система прямого поиска залежей углеводородов на акваториях морского шельфа. //2 Всероссийская научно-техническая конференция «Научное и техническое обеспечение исследований и освоения шельфа Северного Ледовитого океана», Новосибирск, 2012. -Новосибирск. -2012. С. 187-192.: ил.].

На примере инженерных изысканий с использованием акустических средств на акватории Черного моря показана эффективность выявления зон разломов, зон напряжения. Полученные результаты позволяют прогнозировать возможные опасные явления, а также целенаправленно планировать геотехнические работы. Сообщение иллюстрируется фактическим материалом, полученным в ходе акустических изысканий [Каевицер В.И., Кривцов А.П., Разманов В.М. и др. Комплексные акустические исследования морского дна с использованием ЛЧМ сигналов в интересах инженерной геологии при строительстве гидротехнических сооружений. //Труды 11 Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики», ГА-2012, Санкт-Петербург, 22-24 мая, 2012. -СПб. -2012. С. 335-336.: ил.].

Создание геоакустических баз данных и геоакустических моделей морского дна – одно из актуальных направлений гидроакустики. Прямых измерений акустических параметров морского дна мало и недостаточно для решения практических задач. Геологический подход на основе типизации морского дна - наиболее рациональный путь геоакустического моделирования. Задача формирования баз данных по характеристикам морского дна, и как следствие, на их основе цифровых моделей рельефа, является актуальной и перспективной задачей для практического использования. Заинтересованные предприятия и организации: (1) производители гидроакустических поисково-обследовательских систем; (2) предприятия, занимающиеся морскими проектно-строительными работами и проведением мониторинг акваторий; (3) разработчики гидроакустических станций, комплексов, систем подводного наблюдения различного назначения; (4) организации, осуществляющие эксплуатацию гидроакустического вооружения; (5) Министерство по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий РФ; (6) Министерство природных ресурсов РФ [Ждан М.И., Кошель С.М., Никифоров С.Л. и др. Цифровая модель рельефа дна Баренцева моря. //Труды 11 Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики», ГА-2012, Санкт-Петербург, 22-24 мая, 2012. -СПб. -2012. С. 257-259.: ил.].