Введение к работе
Объектом исследований настоящей работы являются сейсмические
волновые поля, характеристики которых отражают внутреннее строение
геологической среды. Определяются закономерности формирования
волновых изображений локализованных в пространстве
сейсмогеологических объектов, а также устанавливается связь между сейсмоакустическими характеристиками среды и параметрами волновых изображений на примере данных, полученных в условиях Сибирского региона.
В диссертации предлагаются технические решения для построения сейсмических волновых изображений локальных рассеивающих/ дифрагирующих объектов на фоне контрастных регулярных границ раздела при изучении внутренней структуры геологических формаций путем использования объектно-ориентированных методов обработки и интерпретации данных.
Актуальность поиска новых методов и технических решений определяется необходимостью совершенствования способов формирования волновых изображений геологической среды в свете современных достижений и представлений в области обработки и интерпретации данных сейсморазведки. При этом первостепенное значение имеет процесс создания и использования таких приемов обработки сейсмических данных, которые были бы ориентированы на выделение локальных геологических объектов в среде. Общеизвестно, что любая геологическая среда состоит из различных геологических объектов - гладких протяженных границ раздела, разломов, изолированных локальных геологических тел, зон разуплотнения пород, сопровождающихся повышенной трешиноватостью и т.п. Зачастую и сами объекты можно классифицировать различным образом, например, регулярные границы - по углу наклона; разломы - по их ориентации в пространстве; изолированные геологические тела - по размерам и пространственной ориентации и т. д. Поэтому было бы чрезвычайно полезно иметь технологические решения для построения изображения объектов определенного класса, например, регулярных границ с заданным диапазоном углов наклона или зон концентрации рассеивающих объектов с контрастными сейсмоакустическими свойствами. Возможность достоверного картирования зон концентрации рассеивающих объектов может обеспечить существенный прирост информативности и повышение разрешающей способности сейсмических изображений по той простой причине, что эти объекты отражают субсейсмическую структуру разреза. Оценка степени неоднородности геологической среды, даже на качественном уровне, имеет большое практическое значение при нефтегазопоисковых работах и требует научно-обоснованных рациональных решений.
МН.. ИАЦИОН/> л - ' ЬИЬЛИОГЬ) С.Петербург f-**
О» Щ) mviJJ*S\
Прирост информативности при обработке сейсмических данных можно обеспечить путем применения, в числе других, миграционных процедур до и после суммирования. Необходимо подчеркнуть, что хотя первые промышленные варианты программного обеспечения, реализующие такие процедуры, появились более тридцати лет назад, их развитие и совершенствование вплоть до настоящего времени является одним из актуальных и наиболее интенсивно развиваемых направлений современной геофизики. Приоритетными направлениями их развития за последние годы являются: определение скоростной модели (миграционных скоростей), построение изображений в истинных амплитудах (коэффициенты отражения для регулярных границ и контрастность для рассеивающих объектов), построение изображений объектов на основе многомерных и многокомпонентных данных и ряд других. Общее направление исследований в этой области - переход к количественному описанию свойств геологической среды и реализация чрезвычайно сложных и тонких структурных построений. Однако вплоть до последнего времени совершенно недостаточное внимание уделялось развитию объектно-ориентированных миграционных процедур и созданию на их основе промышленной технологии обработки данных сейсморазведки.
До настоящего времени не в полной мере решен ряд задач многофакторного анализа разнородных данных с целью установления внутренних логических связей между характеризующими геологический объект группами параметров. Полученные в процессе обработки и интерпретации данные о локальных объектах среды необходимо структурировать и интегрировать в многомерное геолого-геофизическое информационное пространство (специализированные базы данных). Управление таким информационным пространством можно формализовать по логическим запросам специализированных информационно-поисковых систем, однако унификация такого подхода требует проведения научных исследований и работу в этом направлении нельзя считать завершенной.
Развитие и практическое использование объектно-ориентированных подходов к построению волновых изображений геологических сред в свете современных достижений геофизики и смежных дисциплин при поисках месторождений полезных ископаемых требует решения множества не только теоретических, но и технологических вопросов. Решение этих вопросов связано с необходимостью разработки и численной реализации алгоритмов, повышением быстродействия программ, обеспечением сохранности полученной информации и оперативного доступа к ней на основе географических информационных систем (ГИС). Именно разработке и совершенствованию такого комплексного инструментария, состоящего из методик, алгоритмов, программного обеспечения и, в конечном итоге, созданию промышленной объектно-ориентированной технологии обработки и интерпретации сейсморазведочных данных, посвящена настоящая работа.
Цель диссертационной работы - повышение информативности и достоверности результатов сейсморазведки путем разработки объектно-ориентированной технологии построения волновых изображений геологической среды.
Основные задачи исследований.
-
Разработать методологию объектно-ориентированного подхода к построению изображений геологической среды на основе теории дифракции и теории рассеяния волновых полей.
-
Выполнить теоретическое обоснование и создать высокоэффективные численные алгоритмы и программные средства для построения сейсмических изображений геологических объектов заранее выбранного класса (отражающих, дифрагирующих, рассеивающих).
-
Создать объектно-ориентированную компьютерную технологию формирования, хранения и поддержки информационных баз данных локальных геологических объектов; адаптировать методологию обработки и интерпретации данных для построения многофакторных сейсмогеологических моделей сложнодислоцированных сред.
-
Выполнить серию сравнительных численных экспериментов с синтетическими и реальными данными для изучения структурно-тектонических особенностей строения нефтегазоперспективных районов; оценить прирост информативности от внедрения технологии в зависимости от сейсмогеологических условий.
Фактический материал и методы исследований. Предлагаемые технические решения поставленных задач основаны на современных достижениях в области геометрической сейсмики, теории дифракции, теории рассеяния скалярных и векторных волновых полей, теории миграционного преобразования сейсмических волновых полей. На начальной стадии исследования базировались, главным образом, на математическом моделировании, сопровождающемся оценками точности и тестированием алгоритмов и программ. Для расчета волновых полей использовались конечно-разностные методы решения скалярного волнового уравнения.
Численные алгоритмы создавались и тестировались в процессе обработки и анализа данных моделирования и экспериментальных исследований для стационарных и многократных систем наблюдения. Профильные и площадные полевые работы проводились в Катангской седловине, приенисейской части Западно-Сибирской плиты, Юрубчено-Тохомской зоне нефтегазонакопления, в зоне сочленения Южно-Енисейского кряжа и Западно-Сибирской плиты, Самотлорской, Талаканской и ряде других площадей Восточно-Сибирского региона. В ходе выполнения работы использовалось как программное обеспечение, разработанное в ЗАО «Красноярскгеофизика», так и программное обеспечение, разработанное в Лаборатории динамической сейсмики ИГФ СО РАН. Наряду с программами, разработанными соискателем лично, в работе использовалось программное
обеспечение, разработанное Чевердой В.А., Костиным В.И., Хайдуковым В.Г., Ледяевым А.И., Сафоновым Д.В., Лапушовым А.И.
Алгоритмы, программы, базы данных и объектно-ориентированная технология построения сейсмических волновых изображений и параметрических разрезов геологических сред прошли стадию научно-производственного опробования на обширном и разнообразном экспериментальном материале. Научно-исследовательские работы проводились по заказам МПР РФ (ГУПР «Красноярскприродресурсы» (Красноярск), ГУПР «Эвенкияприродресурсы» (Тура)), ГУ ЦРП (Красноярск), ИГФ СО РАН (Новосибирск), ИГНГ СО РАН (Новосибирск), СНИИГГиМС (Новосибирск), КНИИГГиМС (Красноярск). Опытно-методические и производственные работы проводились по заказам ОАО НК «ЮКОС» (Москва), ОАО «Востсибнефтегаз» (Байкит), ОАО «Восточная нефтяная компания» (Томск), ГУПР «Красноярскприродресурсы» (Красноярск), ОАО «Сибнефтегеофизика» (Новосибирск), ОАО «Славнефть-Красноярскнефтегаз» (Красноярск), ЗАО «Сибтеком» (Красноярск), ОАО «Красноярскгазпром» (Красноярск) и других предприятий-недропользователей.
Для верификации результатов объектно-ориентированных процедур
построения волновых изображений среды использовались: основные
положения теории рассеяния, теории миграционных преобразований,
геометрической теории дифракции; сравнительный анализ результатов
математического моделирования, полученных для реалистичных моделей
двумерно-неоднородных сред; материалы, полученные с помощью
предложенной оригинальной технологии и традиционными методами
обработки сейсмических данных (МОВ, МПВ, МВС, миграционные
преобразования до и после суммирования ОСТ и др.) для одних и тех же
геологических объектов; сравнительный анализ результатов геологической
интерпретации разных лет и разных авторов. В рамках комплексного
изучения характеристик геологических объектов были использованы
научные публикации и фондовые материалы федеральных и
территориальных организаций, институтов, нефтегазовых,
геологоразведочных и геофизических компаний (Красноярскприродресурсы, Эвенкияприродресурсы, ИГФ СО РАН, ИГНГ СО РАН, СНИИГГиМС, НИФТИ КГУ, НК ЮКОС, Востсибнефтегаз, ВНК, Славнефть-Красноярскнефтегаз, Сибнефтегеофизика, Красноярскгеофизика, Сибтеком и ряда других).
Защищаются следующие научные результаты.
1. Разработанные и научно-обоснованные технические решения в виде оригинальных алгоритмов и компьютерных программ, баз данных, информационно-поисковой системы, системы архивации, совокупность которых представляет собой объектно-ориентированную технологию построения сейсмических волновых изображений геологических формаций.
2. Разработанная и научно-обоснованная методология обработки и
комплексной интерпретации многокомпонентных двумерных и трехмерных
полей рассеянных и отраженных волн обеспечивает общий прирост
информативности и достоверности результатов сейсморазведки при изучении
внутреннего строения геологических формаций в различных
сейсмогеологических условиях (Большехетская группа площадей, Катангская
группа площадей, Юрубченская-Тохомская зона нефтегазонакопления,
Самотлорская площадь, Нижнеканская площадь).
3. Впервые установлена и доказана устойчивая количественная связь
между энергией поля рассеянных волн и фильтрационно-емкостными
свойствами нефтегазонасыщенных пород в результате применения объектно-
ориентированной технологии (Талаканская площадь).
Научная новизна и личный вклад.
1. На основе теории геометрической сейсмики, теории дифракции и
теории рассеяния сейсмических волн в неоднородных средах разработана
методология построения изображений локальных сейсмически контрастных
объектов с заранее обозначенными свойствами (классами объектов).
Получены оригинальные аналитические выражения для расчета переменных
сейсмического сноса и скоростной модели среды, миграционного
фокусирующего преобразования многокомпонентных двух- и трехмерных
данных.
2. На основе полученных аналитических выражений разработано шесть
оригинальных численных алгоритмов для кинематической и динамической
обработки многокомпонентных данных двумерной и трехмерной
сейсмической съемки, зарегистрированных стационарными либо
многократными системами наблюдения:
алгоритм построения информационного массива актуальных данных для двумерного, трехмерного, многокомпонентного фокусирующего преобразования;
алгоритм выборки исходных сейсмотрасс и циклического формирования матриц входных данных в соответствии с параметрами интерференционных фокусирующих систем;
алгоритм расчета и ввода кинематических поправок в исходную матрицу многокомпонентных данных при заданной скоростной модели среды;
алгоритм построения сейсмических изображений среды скользящими базами суммирования для заданной функции сейсмического сноса либо заданного углового диапазона;
алгоритм расчета оператора нормировки входного набора данных на основе оценки энергии сейсмограмм в скользящих окнах;
алгоритм расчета матрицы средних скоростей распространения сейсмических волн в вертикально-неоднородной среде для наклонных фокусировок по лучевой схеме.
3. Для реализации объектно-ориентированной технологии
формирования и поддержки единого информационного пространства
геологических объектов в рамках ГИС автором разработаны шесть
оригинальных структурных решений специализированных баз данных и
алгоритмов работы с ними, а также система архивации:
структура базы данных для накопления и хранения сейсморазведочных данных и формы отчетов о свойствах локальных объектов;
алгоритм информационно-поисковой подсистемы для различного класса объектов (волновых образов локальных сейсмогеологических объектов) и пользовательский интерфейс;
структура базы данных - фонд нефтезазопоисковых объектов и схема внутренних логических связей между классами объектов базы данных;
алгоритм гипертекстовых связей между классами и параметрами геологических объектов базы данных - фонд нефтезазопоисковых объектов;
структура объектно-ориентированной, библиотечной организации базы цифровых носителей архивных данных;
алгоритмы управления доступом к архивным данным и многопараметрического поиска объектов по запросам пользователей.
4. Для автоматизации процесса доступа к разнородным данным
объектно-ориентированной ГИС в рамках информационно-поисковой
системы автором разработаны три алгоритма:
алгоритм ГИС-утилиты и структура системной библиотеки для проверки принадлежности координат сейсмогеологического объекта заданному полигону;
алгоритм ГИС-утилиты для создания и обработки файлов координат пересечения сейсмических профилей в пределах заданного полигона, включая: поиск файлов профилей по шаблону; перевод всех файлов в единую координатную зону; возможность создания файла MIF (MID) для ГИС Maplnfo; определение координат пересечений между профилями, лежащими внутри полигона, либо проходящих через полигон;
алгоритм ГИС-утилиты для обработки топологии сейсмических профилей, создания векторного слоя полилиний и файлов MIF (MID) для ГИС Maplnfo в проекции «широта-долгота».
Новизна и оригинальность перечисленных алгоритмов подтверждена авторскими свидетельствами Федеральной Службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации.
5. Разработаны обобщенные и рациональные технологические схемы
(алгоритмы) обработки многоволновых данных, оптимизированные на
решение нефтегазопоисковых задач в сложных сейсмогеологических
условиях; обоснованы методика и параметры объектно-ориентированной
обработки.
Теоретическая и практическая значимость результатов.
-
Выполнено теоретическое обоснование нового направления исследования внутреннего строения геологических сред на основе оригинальных объектно-ориентированных методов построения сейсмических изображений среды. Предложенные научно-обоснованные технические решения обеспечивают более высокий качественный уровень понимания взаимосвязей между строением реальной геологической среды и ее пространственно-временным отображением в сейсмических волновых полях. Структурирование данных может выполняться по типам волн, энергетическим, фазовым и иным параметрам для разномасштабных объектов с уникальными координатами и свойствами (геометрия регулярных границ, локальные сейсмоакустические параметры и т.п.).
-
Результаты теоретических исследований реализованы в виде оригинальных аналитических выражений, численных алгоритмов и компьютерных программ построения высококонтрастного изображения среды в рассеянных волнах при кинематической и динамической обработке многокомпонентных двумерных и трехмерных данных сейсмической съемки.
-
Разработанные программы обработки многокомпонентных волновых полей, интегрированные в сейсмическую обрабатывающую систему РгоМАХ, оригинальные базы данных и системы архивации, интегрированные в объектно-ориентированную ГИС «СОТО», реализованы в виде единой промышленной технологии построения изображений геологической среды, что позволяет минимизировать трудовые затраты при построении многофакторных геологических моделей месторождений.
-
На основе комплексной интерпретации профильных, площадных и многокомпонентных полевых данных получена новая информация об особенностях геологического строения локальных нефтегазоперспективных участков, площадей и месторождений Сибирского региона (Катангская седловина, Терско-Камовский свод, Нижнеканская площадь, Юрубчено-Тохомская зона нефтегазонакопления, Самотлорское месторождение, Большехетская группа месторождений, и т.д.). Полученные новые геологические результаты доказывают высокую эффективность объектно-ориентированной технологии и потенциальную возможность повышения информативности и достоверности сейсморазведки на этапе обработки данных посредством предложенного научно-обоснованного подхода.
-
Результаты научных исследований внедрены в ОАО «НК ЮКОС» и ОАО «Востсибнефтегаз», а также используются федеральными, региональными организациями, компаниями-недропользователями (Территориальное агентство по недропользованию по Красноярскому краю, ОАО «Славнефть-Красноярскнефтегаз», ОАО «Сибнефтегеофизика», ОАО «Красноярскнефтегаз» и др.) и имеют существенное практическое значение при планировании и разработке стратегии поисков и разведки нефтегазовых месторождений.
Апробация и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались:
на 16-ти международных научных форумах (Санкт-Петербург, 1995); (Новосибирск, 1995); (USA, Yosemite, 1995); (Красноярск, 1996); (Москва, 1996); (Новосибирск, 1996); (France, Aix-les-Bains, 1996); (USA, Reno, 1997); (Москва, 1997); (Germany, Leipzig, 1998); (USA, Oakland, 1999); (С.-Петербург, 2000); (USA, Arlington, 2000); (Norway, Stavanger, 2003); (Москва, 2003); (Новосибирск, 2004);
на 12-ти всесоюзных и всероссийских семинарах и конференциях (Красноярск, 1996, 1999, 2001); (Геленджик, 2000, 2001, 2002); (Уфа, 2001, 2003); (Москва, 2001); (Тура, 2003); (Новосибирск, 2003); (С.-Петербург, 2004);
на 7-ми региональных конференциях и семинарах (Красноярск, 1995, 1996, 2000, 2003, 2005); (Новосибирск, 1997, 1998).
По теме диссертации опубликовано 89 работ, в том числе: 19 авторских свидетельств; 28 статей, из которых 11 - в ведущих отечественных и зарубежных научных изданиях; 16 - в тематических сборниках; 14 - в материалах конференций; 12 - в тезисах докладов.
Основной объем исследований был выполнен в рамках заказов Комитета природных ресурсов по Красноярскому краю Министерства природных ресурсов Российской Федерации (Государственные регистрационные номера объектов: ГР №16-93-76/31, ГР №16-94-41/1, ГР №16-94-41/2, ГР №16-95-16/2, ГР №16-97-4/2, ГР №16-97-46/4, ГР №16-98-39/5, ГР №16-98-3/1, ГР № 85-99-17/2, ГР №16-00-41/5, ГР №85-00-8/1, ГР №85-03-3/1, ГР №85-04-4/1), ИГФ СО РАН, ИГНГ СО РАН, СНИИГГиМС, а также по заказам нефтегазовых компаний НК ЮКОС, Востсибнефтегаз, ВНК, Славнефть и ряда других организаций.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 260 наименований. Полный объем диссертации 344 страницы, включая 124 рисунка и 1 таблицу.
