Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы исследования 16
1.1. Способы миграционных преобразований 16
1.1.1. Миграция по Кирхгофу 17
1.1.2. Миграция по Столту 20
1.1.3. Миграция по Клаербоуту 22
1.1.4. Миграция по Газдагу 24
1.2. Скорости сейсмических волн в методе отраженных волн 25
1.2.1. Виды скоростей сейсмических волн 25
1.2.2. Соотношения между скоростями сейсмических волн 29
1.2.3. Определение скоростей сейсмических волн 32
1.2.4. Погрешности и ограничения в определении скоростей сейсмических волн 37
1.3. Сейсмическая томография на основе первых вступлений 45
Глава 2. Соотношения между скоростями, полученными по томографии первых вступлений, и реальными скоростями в среде 49
2.1. Результаты томографии в случае горизонтально-слоистой среды с нормальным скоростным законом 50
2.2. Результаты томографии в случае наличия инверсионного и выпадающего слоев 51
2.3. Влияние слоистости среды на результаты томографии з
2.4. Соотношения между средними скоростями, определенными с помощью томографии, и реальными скоростями в среде на примере глубинно-скоростной модели земной коры вдоль опорного профиля 5-АР (Восточно-Сибирское море) 60
2.5. Соотношения между средними скоростями, определенными с помощью томографии, и эффективными скоростями на примере реальных данных
2.5.1. Соотношения между средними скоростями, определенными с помощью томографии, и скоростями суммирования (по материалам опорного профиля 5-АР, Восточно-Сибирское море) 65
2.5.2. Миграция отраженных волн с использованием средних скоростей, определенных по томографии первых вступлений (по материалам опорного профиля 3-АР, Печорское море) 68
2.6. Выводы по главе 2 71
Глава 3. Методика построения глубинно-скоростной модели среды по данным отраженных и преломленных волн (на примере опорного профиля 5-АР, Восточно-Сибирское море) 72
3.1. Геологическое строение Восточносибирско-Чукотского
седиментационного бассейна 72
3.1.1. Геофизические исследования в регионе 72
3.1.2. Тектоническое районирование и геологическое строение региона 75
3.2. Обработка сейсмических материалов отраженных волн вдоль опорного профиля 5-АР 83
3.2.1. Обработка сейсмограмм общего пункта взрыва 83
3.2.2. Миграция сейсмических данных и построение разреза 86
3.2.3. Недостатки стандартного способа обработки материалов отраженных волн по профилю 5-АР 87
3.3. Сейсмическая томография на основе первых вступлений по материалам ГСЗ вдоль опорного профиля 5-АР 89
3.4. Построение глубинно-скоростной модели по профилю 5-АР
3.4.1. Выделение сеисмостратиграфических комплексов и интервалов на сейсмическом разрезе 94
3.4.2. Совместное использование результатов томографии и регулируемого направленного анализа для уточнения скоростной модели среды и определения пластовых скоростей 102
3.5. Выводы по главе 3 106
Глава 4. Выделение перспективного на нефть и газ объекта в верхней части разреза прогиба Вилькицкого (по данным профия 5-АР) 109
4.1. Нефтегазоносность прогиба Вилькицкого 109
4.2. Динамическая обработка преломленных волн 112
4.3. Динамическая обработка отраженных волн с сохранением амплитуд и анализ результатов 116
4.4. AVO - анализ материалов отраженных волн 121
4.5. Выводы по главе 4 125
Заключение 129
Список литературы
- Скорости сейсмических волн в методе отраженных волн
- Влияние слоистости среды на результаты томографии
- Обработка сейсмических материалов отраженных волн вдоль опорного профиля 5-АР
- Динамическая обработка отраженных волн с сохранением амплитуд и анализ результатов
Введение к работе
Актуальность работы. При обработке сейсмических материалов обязательной процедурой является миграция данных (Воскресенский, 2006; Yilmaz, 2001), без которой нельзя проводить структурную интерпретацию сейсмических материалов, а также выполнять AVO – анализ.
Необходимым условием для миграции является наличие глубинно-скоростной модели среды, определение которой на практике является довольно сложной задачей. При этом ошибки в значениях скорости могут существенно исказить получаемые изображения геологической среды: ухудшить амплитудную разрешенность сейсмической записи, исказить форму границ и их положение в глубинной области. Следовательно, определение скоростных свойств среды является одной из важнейших задач обработки сейсмических данных. Кроме того, глубинно-скоростная модель среды сама по себе представляет значимый геолого-геофизический результат, так как она дает дополнительную информацию о геологическом строении региона.
В настоящее время для определения скоростных свойств среды используют разные модификации регулируемого направленного анализа (РНА) (Сейсморазведка, кн. 2, 1990; Урупов, Левин, 1985; Урупов, Маловичко, 1983). К модификациям РНА относится анализ горизонтальных и вертикальных скоростных спектров, а также анализ спектров остаточной кинематики (Мешбей, 1985; Полшков и др., 1984; Liu, Bleisten, 1995; Tieman, 1995; Yilmaz, Chamber 1984; Yilmaz, 2001). Помимо РНА также применяют метод сканирования временных или глубинных разрезов способами миграции либо суммирования (Сейсморазведка, кн. 2, 1990; Урупов, Левин, 1985).
При низкой амплитудной разрешенности сейсмических данных и малом значении кинематической поправки (менее преобладающего периода волны), характерном для волн, отраженных от границ, залегающих на глубинах, превышающих длину приемной расстановки, определить скорости в среде вышеперечисленными способами с удовлетворительной точностью невозможно.
В тоже время, современные технологии полевых работ, связанные с применением автономных донных станций (Башилов и др., 2009; Леденев и др., 2010; Нечхаев и др., 2011), позволяют регистрировать преломленные волны на больших удалениях (до 300 км). Данные волны обладают рядом преимуществ перед отраженными волнами, а именно: они менее чувствительны к шероховатым границам (Епинатьева, 1990), несут информацию о средах, расположенных ниже последнего отражающего горизонта, и, при больших удалениях (до 300 км), освещают всю земную кору, вплоть до границы Мохо (Сакулина и др., 2011). Следовательно, преломленные волны могут дать информацию о скоростных свойствах разреза там, где традиционные способы определения скоростей по данным отраженных волн не приносят результата.
Скоростные свойства среды определяют с помощью преломленных волн, зарегистрированных на больших удалениях, при решении задач глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ). При этом, как правило, используют метод лучевого моделирования (Zelt, Smith, 1992). Данный процесс требует большого количества времени и итоговый результат субъективен, так как при построении модели приходиться идентифицировать преломленные волны с конкретными геологическими границами, а результат идентификации зачастую зависит от геологических убеждений геофизика.
Более быстрым и объективным методом является сейсмическая томография на основе первых вступлений (Дитмар, 1993; Морская…, 2004). Годограф первых вступлений при этом рассматривается как годограф единой рефрагированной волны. Однако, скорости, которые получаются в результате сейсмической томографии, заведомо отличаются от истинного распределения скоростей в среде, поскольку реальный годограф первых вступлений не является годографом рефрагированной волны, и в первые вступления не выходят преломленные волны от инверсионных и выпадающих слоев (Боганик, Гурвич, 2006).
Необходимо исследовать соотношения между скоростями, получаемыми в результате томографии по первым вступлениям, и реальными скоростями в среде, а на основе полученных зависимостей разработать оптимальный метод совместного использования отраженных и преломленных волн для построения глубинно-скоростной модели среды, сочетающий в себе достоинства РНА и сейсмической томографии.
Цель работы. Целью работы является определение скоростных свойств среды на основе совместного использования отраженных и преломленных волн для миграции сейсмических данных МОВ-ОГТ.
Основные задачи работы:
На примере модельных и реальных сейсмических материалов исследовать соотношения между скоростями, получаемыми в результате сейсмической томографии по первым вступлениям, и реальным распределением скоростей в среде.
На основании установленных связей между средними скоростями в среде и скоростями, полученными в результате томографии, разработать оптимальную методику совместного использования отраженных и преломленных волн для определения скоростных свойств среды с целью миграции сейсмических данных.
На основе разработанной методики построить глубинно-скоростную модель земной коры вдоль опорного профиля 5-АР и получить сейсмический разрез отраженных волн по данному профилю.
На основе совместного анализа динамических горизонтов, построенных по материалам отраженных и преломленных волн, выявить локальные низкоскоростные аномалии в верхней части разреза прогиба Вилькицкого (по материалам опорного профиля 5-АР) и дать геологическое объяснение данным аномалиям.
Фактический материал. В основу диссертации положены результаты исследований автора, полученные на модельных и реальных сейсмических данных.
Моделирование синтетических материалов выполнялось лучевым методом в программном пакете XTomo-LM (XGeo), предоставленном разработчиком, к. ф.-м. н. Рословым Ю. В.
Реальные сейсмические данные, а именно полевые сейсмограммы МОВ-ОГТ и МПВ-ГСЗ вдоль опорных профилей 3-АР (Печорское море) (Матвеев и др., 2007) и 5-АР (Восточно-Сибирское море) (Сакулина и др., 2011), были предоставлены ФГУНПП “Севморгео”.
Следует отметить, что реальный сейсмический материал был выбран не случайно.
Опорный профиль 5-АР расположен в наименее изученном регионе Российской Федерации (Восточно-Сибирское море), следовательно, использование сейсмических данных, собранных по профилю, позволило придать выводам диссертационной работы актуальность не только с методической, но и с геологической точки зрения.
Профиль 3-АР (Печорское море) был выбран для того, чтобы продемонстрировать универсальность методических выводов, сделанных в работе, и показать, что эти выводы не привязаны к конкретным геологическим объектам.
Основные положения, выносимые на защиту:
На примерах численного моделирования и реальных данных показано, что в слоистой среде средняя скорость , определенная по томографии первых вступлений, всегда превышает реальную среднюю скорость и степень превышения возрастает с увеличением перепада скоростей в покрывающей толще. Для реальных геологических сред, у которых перепад скоростей менее 35%, разница между скоростями и не превышает нескольких процентов. Скорости , полученные по томографии первых вступлений, можно рассматривать как предельные эффективные скорости и использовать при обработке материалов отраженных волн.
Численное сходство средней скорости , полученной по сейсмической томографии первых вступлений, и предельной эффективной скорости позволяет создать методику построения глубинно-скоростной модели среды по данным отраженных и преломленных волн. Методика обеспечивает увеличение глубинности и детальности МОВ-ОГТ и МПВ-ГСЗ. Результаты миграции сейсмограмм на основе построенной по предложенной методике скоростной модели характеризуются более высокой амплитудной разрешенностью по сравнению с миграцией на основе скоростей, полученных только по данным отраженных волн.
Глубинно-скоростная модель земной коры вдоль опорного профиля 5-АР, построенная по предложенной в работе методике, учитывает динамические свойства отраженных волн, зарегистрированных при работах МОВ-ОГТ, характеризуется большей детальностью и разрешенностью по сравнению с предыдущими моделями, и позволяет дать дополнительную геолого-геофизическую информацию о строении региона.
На основе совместного анализа отраженных и преломленных волн, а также AVO – анализа, прогнозируется залежь углеводородов сводового типа, расположенная в верхней части разреза прогиба Вилькицкого.
Научная новизна:
Исследованы соотношения между скоростями, полученными по томографии первых вступлений, и реальными скоростями в среде. Показано, что средние скорости , полученные в результате томографии по первым вступлениям, могут рассматриваться как предельные эффективные скорости и использоваться при обработке отраженных волн.
Разработана методика определения скоростных свойств среды, сочетающая в себе достоинства РНА и сейсмической томографии на основе первых вступлений.
Построена глубинно-скоростная модель земной коры вдоль опорного профиля 5-АР, для создания которой были использованы не только кинематические, но и динамические особенности волнового поля отраженных волн, зарегистрированных при работах МОВ-ОГТ. На основе построенной модели был получен сейсмический разрез вдоль опорного профиля 5-АР с выраженными динамическими границами в консолидированной коре.
Выделен первый в Восточно-Сибирском море перспективный на нефть и газ объект.
Практическая значимость:
Разработанная методика определения скоростных свойств среды позволяет увеличить глубинность и достоверность результатов обработки сейсмических материалов, что продемонстрировано на примере модельных и реальных данных.
Построенная глубинно-скоростная модель земной коры вдоль опорного профиля 5-АР и полученный сейсмический разрез вдоль этого профиля являются дополнительными геолого-геофизическими результатами для понимания геологического строения Восточно-Сибирского моря.
Потенциальная залежь углеводородов, расположенная в верхней части разреза прогиба Вилькицкого, представляет несомненный интерес для дальнейших детальных сейсмических работ.
Достоверность результатов исследования. Исследования проводились на основе анализа синтетических и реальных сейсмических данных в строгом соответствии с теорией и практикой обработки геофизической информации. Проверка основных результатов исследований на модельных и реальных сейсмических материалах позволила подтвердить сделанные в диссертационной работе выводы.
Реализация работы. Методика построения глубинно-скоростной модели среды, предложенная в диссертационной работе, внедрена в производственную практику ФГУНПП “Севморгео”.
Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано десять работ, включая две статьи в журналах, входящих в список ВАК Министерства образования и науки России.
Постановка цели и задач исследования, а также все результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на следующих международных конференциях: “RAO/CIS Offshore 2009” (г. Санкт-Петербург, 2009); “ГЕОФИЗИКА-2009” (г. Санкт-Петербург, 2009); “Санкт-Петербург 2010” (EAGE, г. Санкт-Петербург, 2010); “RAO/CIS Offshore 2011” (г. Санкт-Петербург, 2011); “ГЕОФИЗИКА-2011” (г. Санкт-Петербург, 2011); “Санкт-Петербург 2012” (EAGE, г. Санкт-Петербург, 2012); III-я конференция молодых ученых и специалистов “Новое в геологии и геофизике Арктики, Антарктики и Мирового океана” (г. Санкт-Петербург, “ВНИИОкеангеология им. И. С. Грамберга”, 2012).
Следует отметить, что на трех конференциях (“RAO/CIS Offshore 2011”, “ГЕОФИЗИКА-2011” и конференция во “ВНИИОкеангеология им. И. С. Грамберга” ) доклады автора заняли первое место в конкурсах на лучший доклад среди молодых специалистов.
Основные положения и выводы диссертации были представлены на научно-методическом совете по геолого-геофизическим технологиям поисков и разведки твердых полезных ископаемых при Министерстве природных ресурсов и экологии Российской Федерации.
Благодарности. Организация работы и проведение исследований состоялись при поддержке к. ф.-м. н. Тамары Сергеевны Сакулиной, которой автор выражает свою глубокую признательность. Диссертация выполнена на кафедре геофизики геологического факультета СПбГУ. Автор благодарен сотрудникам кафедры, создавшим благоприятные условия обучения в аспирантуре, в первую очередь д. г.-м. н. Константину Владиславовичу Титову. Автор признателен ФГУНПП “Севморгео” за предоставленные сейсмические материалы. Особая благодарность сотрудникам данной компании: д. г.-м. н. Марку Леонидовичу Вербе и магистру геологии Дмитрию Андреевичу Попову, за содействие и помощь в анализе результатов исследований. Вдохновителем к написанию данной работы является к. ф.-м. н. Юрий Викторович Рослов. Автор выражает ему благодарность.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 113 наименований. В работе приведено 48 рисунков. Общий объем диссертации составляет 144 страницы.
Скорости сейсмических волн в методе отраженных волн
Миграция по Кирхгофу это миграция на основе интегрального решения волнового уравнения (1.1) в области (х, z,t) либо в области (х, z, &)), где а) -циклическая частота. Такое решение впервые было предложено Ю.В. Тимошиным и названо им дифракционным преобразованием (Тимошин, 1972). Алгоритм миграции по Кирхгофу подробно рассмотрен в литературе (Васильев и др., 1983; Козлов, 1986; Шериф, Гелдарт, 1987; Bevc, 1997).
Интеграл Кирхгофа (1.2) описывает прямое продолжение волнового поля u{x,z, t), определенного на поверхности Q в однородной среде со скоростью vp, в удаленную от источников точку С (Боганик, Гурвич, 2006): где г - расстояние от точки С до точек поверхности Q, п - направление внутренней нормали к этой поверхности, а величины, заключенные в квадратные скобки, взяты для опережающих моментов времени V = t — r/vP .
Интеграл Кирхгофа выражает дифракционную природу сейсмического поля: смещение, наблюдаемое в точке С, является суперпозицией множества колебаний, приходящих к ней от всех элементарных источников на поверхность Q.
Обращенное продолжение волнового поля от поверхности наблюдения Q во внутреннюю точку среды D, расположенную ближе к источникам, описывается формулой, подобной формуле (1.2), однако, теперь величины, заключенные в квадратные скобки, необходимо брать для запаздывающих моментов времени V = t + r/Vp, где г - расстояние от точки D до точек поверхности Q.
Из интеграла Кирхгофа можно получить приближенную формулу двумерного обращенного продолжения наблюденного волнового поля и(х, t), которая определяет поле в области точечного источника, расположенного в точке D(xD,zD) в однородной среде со скоростью vp: 1 Г 1 ди(х,тх) геометрического расхождения фронта волны. Выражение (1.3) описывает взвешенное суммирование величин производной по времени от наблюденного поля и(х, t) вдоль годографа тх = т(х) дифрагированной волны, образовавшейся в точке D. Операция дифференцирования для искомых результатов не существенна, поэтому в формуле (1.3) вместо производной ди(х т —— можно использовать исходную функцию и(х, Тх).
Таким образом, схему миграции по Кирхгофу можно представить следующим образом: исследуемая среда разбивается на множество точек D(xD, zD), которые рассматриваются как возможные точки дифракции. Согласно известному скоростному закону и координатам источников и приемников рассчитываются теоретические годографы дифрагированных волн от каждой точки. Вдоль рассчитанных годографов осуществляется взвешенное суммирование амплитуд, и результаты суммирования относятся в соответствующие точки дифракции. Если возможная точка дифракции совпадает с реальной точкой дифракции, то линия криволинейного суммирования колебаний совпадает с осью синфазности соответствующей дифрагированной волны и суммарная амплитуда будет пропорциональна ее интенсивности. Если же в точке нет реального центра дифракции, то вдоль расчетного годографа суммируются случайные отсчеты разных трасс и результат суммирования будет предельно малой величиной, близкой к нулю.
Преимущество миграции Кирхгофа заключается в том, что она позволяет мигрировать крутопадающие отражающие границы, с наклоном вплоть до 90, а недостаток заключается в не учете резких градиентов скорости и сильной зависимости результатов миграции от выбора апертуры (Козлов, 2006).
Данный параметр очень важен при миграции по Кирхгофу, поскольку некорректно выбранная ширина апертуры может ухудшить результаты миграции даже при правильном распределении скоростей миграции vu(x,z). Ширина апертуры тесно связана с горизонтальным смещением точек среды dx, которое имеет место в миграции: где dx - расстояние по оси х между реальным положением точки среды и положением этой же точки на временном разрезе OCT, v - скорость в среде, t -время пробега, 6t = At/Ах - угол наклона отражающей границы, измеренный на не мигрированном временном разрезе. Чем меньше апертура миграции, тем меньше расстояние dx, на которое сможет переместиться точка среды в процессе миграции. Из выражения (1.4) видно, что dx возрастает при увеличении угла отражающего горизонта и скорости в среде, поэтому при наличии на разрезе больших углов 6t или высоких скоростей v использовать малую апертуру недопустимо. В то же время использовать большую апертуру нельзя, если есть области с недостаточно высоким отношением сигнал/помеха, так как при этом помехи могут проникнуть в ту часть среды, где данные характеризуются хорошим качеством.
Таким образом, выбор ширины апертуры зависит от свойств исследуемой среды и качества сейсмических данных. Оптимальную апертуру в каждом конкретном случае можно подобрать только с помощью тестирования.
Модификацией миграции по Кирхгофу является миграция по общему углу отражения (Koren at al., 2002; Xu et al., 2001), в которой расчет лучей производится для заданного диапазона углов отражения и при равномерной сети отражающих точек.
Влияние слоистости среды на результаты томографии
Интенсивность границы определяется величиной ее коэффициента отражения А. Если А 0.3, то граница называется сильной, а если А 0.3, то граница называется слабой. Сильные отражающие границы, как правило, приурочены к контактирующим пластам, контрастным по своему литологическому составу. Амплитуды отражений от таких границ значительно превышают уровень помех, и эти границы проявляются на скоростных спектрах в виде четких максимумов когерентности К (у) (рис. 1.46).
Резкость границы определяется расстоянием, на котором происходит изменение упругих свойств среды. Если акустическая жесткость среды меняется скачкообразно, то граница называется резкой. Резкие границы обычно отмечаются на контактах пород разного состава. Не резкие границы связаны с подошвой коры выветривания кристаллического фундамента. Гладкость границы характеризует способность к отражению когерентных волн, а не рассеянных колебаний. Гладкие границы наиболее благоприятны для изучения методом МОВ-ОГТ. Как правило, морские отложения характеризуются гладкими границами.
Устойчивость границы выражается в пространственной стабильности ее свойств. Очевидно, что чем менее устойчив горизонт, тем сложнее оценить эффективные скорости v0CT и vM вдоль этого горизонта.
Шероховатые границы - границы, осложненные неоднородностями малых размеров, соизмеримых с длиной волны и меньше нее. Шероховатость обусловлена изменчивым рельефом границы и изменениями вдоль нее физических свойств. На границе данного типа происходит рассеяние колебаний, что искажает форму и интенсивность отраженных волн. Наличие в разрезе шероховатой границы может привести к отсутствию на временных разрезах МОВ-ОГТ не только отражения от этой границы, но и от границ, расположенных глубже нее (Епинатьева и др., 1990). Следовательно, наличие шероховатых границ не позволяет оценить с удовлетворительной точностью эффективные скорости по максимумам когерентности, как на данной границе, так и под ней. Шероховатыми границами могут быть поверхности фундамента, границы, нарушенные многими разрывными нарушениями, а также поверхности древнего выветривания. Кроме того, границы континентальных отложений терригенной формации, сформированные в условиях высокой энергетической обстановки (синрифтовые комплексы, молласы), как правило, являются шероховатыми. Пример горизонтального скоростного спектра вдоль такой границы показан на рис. 1.4в.
Таким образом, к благоприятным средам для определения эффективных скоростей v0CT и vM можно отнести морские отложения терригенных и карбонатных формаций, залегающие на глубинах менее 8 км. К областям, в которых с удовлетворительной точностью определить эффективные скорости нельзя, можно отнести следующие среды: 1. Континентальные отложения терригенных формаций, синрифтовые осадочные комплексы. 2. Древние, метаморфизованные осадочные комплексы, проявляющиеся на сейсмическом разрезе в виде складчатого акустического фундамента. 3. Консолидированная земная кора, сложенная высокоскоростными породами (метаморфическими и магматическими) и в которой отсутствуют устойчивые отражающие границы. 4. Высокоскоростные морские и континентальные отложения, залегающие на глубинах более 10 км.
В указанных средах, ввиду малой кинематической поправки и/или низкой амплитудной разрешенности сейсмических данных, обусловленной шероховатостью и неустойчивостью границ, требуется использовать принципиально другой способ определения эффективных скоростей и другой тип волн, а именно преломленные волны, с целью построения сейсмических разрезов МОВ-ОГТ в глубинной области путем суммирования или миграции данных.
В качестве такого способа предлагается использовать сейсмическую томографию на основе первых вступлений, которая широко применяется при решении задач инженерной сейсморазведки, МПВ-ГСЗ (Всемирнова, Рослов, 2005; Геология..., 2004; Сакулина и др., 2007; Сейсмическая..., 1990) и сейсмологии (Хаин, Ломизе, 2005).
Следует отметить, что широко используемый в МПВ-ГСЗ метод лучевого моделирования (Zelt, 1992) для определения скоростных свойств среды по ряду причин уступает сейсмической томографии на основе первых вступлений:
1. Субъективность построений. При лучевом моделировании необходимо разделять преломленные волны, выходящие в первые вступления, и идентифицировать их с конкретными преломляющими границами. Поскольку разделение волн это субъективный процесс, то можно сказать, что результат лучевого моделирования зависит от геологических убеждений обработчика.
2. Количество затрачиваемого времени. Построение скоростной модели среды путем лучевого моделирования требует очень больших затрат времени, следовательно, метод лучевого моделирования можно применять только для решения научных задач, но не производственных.
3. Формализация процесса построения модели. Скоростную модель среды, уже построенную путем лучевого моделирования, довольно проблематично воспроизвести другими исследователями, поскольку формализовать процесс построения модели путем лучевого моделирования очень сложно. При попытках воспроизведения модели ее придется строить заново, и, ввиду субъективности таких построений, новый результат будет отличаться от старого.
Таким образом, знания о скоростных свойствах среды, полученные путем лучевого моделирования, являются субъективными и, в строгом смысле, не удовлетворяют критериям научного знания (Кармин, Бернацкий, 2009).
Обработка сейсмических материалов отраженных волн вдоль опорного профиля 5-АР
В 1993-1994 и 1997 гг. в западной части Восточно-Сибирского моря Институтом геологии и природных ресурсов Германии совместно с трестом "Севморнефтегеофизика" был выполнен существенный объем сейсмических работ МОВ-ОГТ (Franke et al., 2001; Franke et al., 2004). В центральной части Восточно-Сибирского моря имеются единичные профиля МОВ-ОГТ, принадлежащие американским геофизическим компаниям.
В Российском секторе Чукотского моря сейсмические работы были начаты в 1976 г. НПО "Севморгео", продолжены в 1982 г. трестом "Дальморнефтегеофизика" и в 1987-1988 гг. - ПГО "Дальморгеология". Всего было выполнено 3500 км сейсмических профилей МОВ. В основном они сосредоточены в Южно-Чукотском прогибе.
Американской геологической службой в восточной части Чукотского моря отработано более 6000 км сейсмических профилей КМПВ и МОВ. Результаты данных исследований опубликованы (Grantz et al., 1990). Следует отметить, что также в 1987 году вышла монография по геологии Восточной части Чукотского моря (Thurston, Theis, 1987), которая содержит детальный сейсмостратиграфический и сейсмофациальный анализ обширных материалов. Данные результаты используются для геологической интерпретации материалов российских акваторий.
Синтез всех рукописных и опубликованных геологических и геофизических материалов по Чукотскому морю выполнен Д.С. Яшиным и Б.И. Кимом в отчете ВНИИОкеангеология. Основные положения этого отчета опубликованы (Ким, Яшин, 1995; Яшин, Ким 1996).
Следует отметить, что в 2008-2010 годах ФГУНПП "Севморгео" (Сакулина и др., 2011) были выполнены комплексные геофизические исследования (МОВ-ОГТ, МПВ-ГСЗ, сейсмоакустика, гравиметрические и магнитометрические работы, геохимия) вдоль опорного профиля 5-АР (мыс Биллингса - поднятие Менделеева). Собранные вдоль этого профиля сейсмические материалы были использованы в диссертационной работе.
3.1.2. Тектоническое районирование и геологическое строение региона
Шельф Восточно-Сибирского и Чукотского морей представляет собой единый осадочный бассейн. По верхнему комплексу осадочного чехла он сравнительно слабо структурирован. По подошве осадочного чехла, прослеживаемой на сейсмических профилях как поверхность акустического фундамента, выявляется сложный тектонический ансамбль рифтогенных прогибов и разделяющих их поднятий, валов и седловин.
В строении данного шельфа выделяют четыре крупных прогиба (Геология..., 2004; Структурное..., 2004): Новосибирский прогиб, прогиб Вилькицкого, Южно-Чукотский прогиб и прогиб Ханна (рис. 3.1).
Новосибирский прогиб. Новосибирский прогиб расположен на западе Восточно-Сибирского моря и является ядром так называемой Новосибирской мегавпадины, в которую входит Благовещенская структурная терраса, осложненная неглубокой впадиной на востоке (Благовещенская впадина (Косько, Структурное районирование шельфа Восточно-Сибирского и Чукотского морей: 1 - граница Новосибирской мегавпадины; 2 - границы прогибов и впадин на шельфе; 3 - депоцентры внутри прогибов; 4 - склоновые периокеанические бассейны; 5 - поднятия, валы, структурные террасы, седловины под осадочным чехлом; 6 - поднятия с выступами фундамента и промежуточного структурного этажа; 7 - рифты; 8 - фронт позднекиммерийских надвигов; 9 - разломы (Структурное..., 2004). КраСНЫМ ЦВЄТОМ обозначен опорный профиль 5-АР. 1988)), а также Айонская впадина, расположенная в районе Чаунской губы. Протяженность прогиба (в широтном направлении) 800 км, а ширина 250 км.
Прогиб выполнен осадочными отложениями мощностью до 12 км и представлен "плитным" чехлом и подстилающим его промежуточным структурным этажом. Чехол, судя по сейсмическим данным, сложен терригенными, преимущественно алевролито-глинистыми отложениями мелового-кайнозойского возраста. Осадки накапливались в континентальных, прибрежных и мелководно-морских обстановках. Плитный комплекс подстилается палеозойскими и мезозойскими глинисто-терригенными и карбонатно-терригенными формациями промежуточного структурного этажа.
Южно-Чукотский прогиб. Южно-Чукотский прогиб расположен в южной части Чукотского моря, включая юго-восток Восточно-Сибирского моря и залив Коцебу.
Протяженность прогиба 1200 км при ширине 320 км. Максимальная мощность осадков 8 км. Прогиб выполнен позднемезозойскими и кайнозойскими толщами, перекрывающими позднекиммерийский фундамент. В пределах данного прогиба выделяются с запада на восток: впадина Лонга, Шмидтовская, Хоуп и прогиб Селавик.
Прогиб Вилъкицкого. Прогиб Вилькицкого располагается на северо-востоке Восточно-Сибирского моря - северо-западе Чукотского моря. Протяженность прогиба по широте 900 км при ширине до 350 км. Максимальная мощность осадков достигает 17 км. На северо-западе он уходит за бровку шельфа и продолжается периокеаническим бассейном континентального склона. На юге прогиб ограничивается Геральдско-Врангелевской грядой, на востоке валом Барроу, а на западе Шелагским поднятием. Осевую зону прогиба Вилькицкого образует глубокий рифт. Осадочный комплекс залегает на каледонском (элсмирском) складчатом фундаменте (Малышев и др., 2010). Ряд исследователей считает, что в наиболее глубоких частях прогиба осадки налегают непосредственно на границу Конрада (Геология..., 2004). В осадочном чехле выделяется пять структурно-формационных комплексов: нижнеэлсмирский (верхний девон-нижняя пермь); верхнеэлсмирский (верхняя пермь-средняя юра); рифтовый (верхняя юра - неоком); нижнебрукский (апт -верхний мел); верхнебрукский (кайнозойский). Данные комплексы разделены несогласиями: PU, JU, BU и Mbu (Петровская, 2009) (рис. 3.2). Следует отметить, что в варианте структурного районирования Н.А. Петровской и др. вместо прогиба Вилькицкого выделяется Северо-Чукотский прогиб, а на месте Южно-Чукотского прогиба - Лонгско-Чукотский (Петровская и др., 2008). Тем не менее, данная стратиграфическая корреляция отложений восточной Арктики сохраняет свою актуальность.
Нижнеэлсмирский комплекс предположительно сложен терригенными отложениями - аналогами группы Эндикотт и карбонатной группы Лисберн на Аляске. Верхнеэлсмирский комплекс сложен терригенными образованиями, соответствующими группе Седлрочит и формациям Шублик, Саг-Ривер и Нижний КингакТ Мощность предполагаемых элсмирских отложений достигает 6 км на юге бассейна. Рифтовый комплекс представлен аналогами формаций Верхний Кингак, Купарук и Пебл-Шейл, сложенными терригенными породами с прослоями углей и вулканитов. Наибольшая мощность отложений превышает 6 км. В составе терригенного угленосного нижнебрукского комплекса выделено три стратиграфических подразделения - аналоги формации Торок, группы Нанушук и формации Колвилл. Мощность отложений данного комплекса превышает 6 км. Верхнебрукский комплекс представлен также терригенными угленосными толщами - возрастными аналогами формации Сагаваниркток. Мощность отложений комплекса составляет более 4 км.
Динамическая обработка отраженных волн с сохранением амплитуд и анализ результатов
Прогнозные оценки перспектив нефтегазоносности прогиба Вилькицкого базируются исключительно на региональных предпосылках и сравнении с ближайшими нефтегазоносными осадочными бассейнами (Копылова и др, 1976; Оруджева, Обухов, 1999; Агапитов, Арюпин, 2001; Шипелькевич, Бурлин, 2003).
Важнейшей региональной предпосылкой, позволяющей дать исследуемому региону высокую оценку нефтегазового потенциала, является наличие мощного осадочного чехла, достигающего, как было показано в главе З, в пределах прогиба Вилькицкого мощности 17-18 км. Второй благоприятной предпосылкой являются повышенные содержания органического углерода в ряде палеозойских осадочных формаций, развитых на островах Восточно-Сибирского моря (Клубов, Семенов, 1975). Косвенно об этом говорят и геотермические данные. Исходя из значений плотности теплового потока, который составляет в среднем 50-70 мВт/м" (до 80 мВт/м" на поднятиях) и геотермического градиента (около 1,4-2,6 С/100 м на суше в районах развития многолетней мерзлоты), исследователи делают вывод о наличии условий «нефтяного окна» в отложениях мезозойского возраста на глубинах не более 3-4 км (Ким и др., 2009). Считается, что более древние отложения тем более реализовали свой генерационный потенциал. Следует отметить, что характерным признаком высокой интенсивности современного теплового потока является замеченный на Чукотском полуострове факт деградации мерзлоты (Поляк и др., 2009).
Эти данные указывают, что в регионе существуют благоприятные условия как для созревания захороненного органического вещества под воздействием конвективного тепла и активных флюидов, так и для миграции глубинных флюидов. Наличие целого ряда нефтегазовых месторождений, в том числе гигантских залежей нефти на площади Прадхо-Бей (Prudhoe-Bay) (Геология..., 2004; Пискарев, Шкатов, 2009), на северном побережье Аляски может служить прямым подтверждением вывода о высоком генерационном потенциале разреза верхнепалеозой-мезозойских и части кайнозойских отложений, выполняющих глубокие рифтогенные прогибы, выявленные на шельфе Восточно-Сибирского и Чукотского морей.
В соответствии с результатами официальной количественной оценки перспектив нефтегазоносноти по состоянию изученности на 1 января 1993 года (Геология..., 2004; Карта начальных..., 2004), в пределах акваторий Восточно-Сибирского и Чукотского морей выделены Новосибирско-Чукотская нефтегазовая провинция (НТП) и Восточно-Арктическая НГП, к которой относится прогиб Вилькицкого (рис. 4.1).
В Восточно-Сибирском море в начальных суммарных извлекаемых ресурсах (Геология..., 2004) общей величиной более 8 млрд. т (в пересчете на нефть) нефть составляет 30%, конденсат - 6%, газ свободный и растворенный -около 75%). Основная часть ресурсов приходится на мезозойские отложения (43%)), кайнозойский интервал разреза содержит 22%, а около 35% заключает промежуточный комплекс. Более 50% ресурсов сосредоточено на глубине 50-100 м, 44% ресурсов прогнозируется в разрезе до глубины 3000 км, 48% - в интервале глубин 3000 - 5000 м. (32 138 144 ISO ISO 1в2 Івв 174 1Ю 174» 1«8" 1Ю 196 ІвО 160 136 1g2 W 174 160 174 Рис. 4.1. Карта начальных суммарных ресурсов углеводородов Восточно-Сибирского и Чукотского морей по состоянию на 01.01.1993 г. М-б 1 : 8 000 000 (Карта начальных..., 2004). - область, включающая прогнозируемую залежь углеводородов, приуроченную к структуре Челюскинская (Половков, Выявление залежи..., 2011).
Залежи углеводородов, как правило, проявляются на скоростных разрезах в виде локальных низкоскоростных аномалий, поэтому было предложено детально изучить верхнюю часть разреза вдоль профиля 5-АР (в районе прогиба Вилькицкого) на предмет наличия таковых аномалий. Для этой цели был использован совместный анализ конфигурации динамических границ, построенных по данным отраженных и преломленных волн.
Динамическая обработка преломленных волн, зарегистрированных при работах МОВ-ОГТ вдоль опорного профиля 5-АР, (см. главу 3) была выполнена по способу общей глубинной площадки (ОГП) (Рапопорт и др., 1981; Телегин, 2004; Hirschleber, 1971) в программном пакете "Focus" (Paradigm Geophysical).
Для обработки использовались только преломленные волны, выходящие в первые вступления. Первые вступления характеризуются высоким соотношением сигнал/помеха, поэтому в процессе обработки сейсмограмм была сделана только фильтрация с целью подавления низкочастотных помех и автоматическая регулировка амплитуд. Вся сейсмическая запись, за исключением первых вступлений, рассматривалась как помеха, поэтому она была удалена с помощью мьютинга (рис. 4.2).
Скорости суммирования для каждой преломленной волны определялись путем перебора скоростей с шагом 100 м/с (рис. 4.3) и последующим суммированием сейсмограмм по способу ОГП. При оптимальном значении скорости суммирования редуцированная преломленная волна суммировалась синфазно и выражалась на динамическом разрезе в виде устойчивой преломляющей границы. скорость фрагмент годографа фрагмент преломляющей редукции преломленной волны границы О км 25 км 4000 м/с " а Рис. 4.3. Определение скорости суммирования при построении динамического разреза преломленных волн
Таким способом строились изображения каждой преломляющей границы, а окончательный динамический разрез преломленных волн по профилю 5-АР был собран из совокупности всех полученных горизонтов.
Сравнительный анализ двух сейсмических разрезов, построенных по отраженным волнам и по преломленным волнам, позволил уточнить рельеф поверхности акустического фундамента (рис. 4.4).
Наибольшее различие между разрезами отраженных и преломленных волн наблюдается в верхней части прогиба Вилькицкого. Границы, залегающие субгоризонтально по данным отраженных волн (рис. 4.5а), проявляются на динамическом разрезе преломленных волн в виде явно выраженной синклинали (рис. 4.56).
Разная конфигурация одних и тех же геологических границ объясняется наличием низкоскоростной аномалии, вытянутой по латерали и расположенной Фрагмент сейсмического разреза вдоль профиля 5-АР: а, б - по данным отраженных волн; в, г - по данным преломленных волн. над ложной синклиналью. На данную аномалию отраженные и преломленные волны реагируют по-разному. Причина этого заключается в том, что при обработке отраженных волн в верхней части разреза в качестве полезной записи использовались данные, зарегистрированные на небольших удалениях (от 130 до 1500 м). Максимальный угол падения отраженной волны при этом не превышает 50. Очевидно, что в данном случае отраженные волны проходят скоростную аномалию субвертикально, по наименьшему пути, следовательно, практически не чувствуют эффекта уменьшения скорости (рис. 4.6).
С другой стороны, преломленные волны в верхней части разреза прогиба Вилькицкого распространяются субгоризонтально, следовательно, они проходят больший путь вдоль низкоскоростных пород и являются более чувствительными к вытянутым по латерали неоднородностям, чем отраженные волны.
