Ответы на вопросы по геофизике

Ответы на вопросы по геофизике

Гравиразведка

Определение метода:

Метод, изучающий аномалии в распределении естественного поля силы тяжести, обусловленные плотностной неоднородностью Земной коры.

Каждая плотностная неоднородность разреза вносит свой вклад в суммарное поле силы тяжести, пропорциональный избыточной массе неоднородности и обратно-пропорциональный квадрату ее удаления от измерительного прибора, установленного на поверхности Земли.

Основной физический параметр метода – плотность σ ( кг/м3).

Основная измеряемая величина (параметр поля) – ускорение силы тяжести g (м/сек2).

Рабочая единица – 1мГал - 1·10-5м/cек2

Дифференциация пород по плотности: терригенные – 2,3·103 кг/м3; карбонатные – 2,5·103 кг/м3; галогенные – 2,1·103 кг/м3; граниты – 2,7·103 кг/м3; базальты – 2,9·103 кг/м3.

Благоприятные для изучения модели среды – вертикально-блоковые.

Измерительный прибор – гравиметр (пружинные весы 2-ого рода).

Геологическая природа гравитационных аномалий: рельеф поверхности кристаллического фундамента, неоднородность внутренней структуры фундамента, глубинный фактор ( рельеф поверхности М), структура осадочного чехла, неструктурный геологический фактор. Наличие нефтегазового флюида, занимающего в структуре-ловушке сводовую

часть (легче воды) приводит к появлению над залежью вторичного минимума, осложняющего «структурный максимум».

Метод применяется для выявления выступов кристаллического фундамента, выделения и трассирования разломов, картирования соляных куполов, поиска структурных ловушек, прямого прогнозирования нефтегазовых залежей.

Магниторазведка

Метод, изучающий аномалии в распределении естественного геомагнитного поля, обусловленные различной способностью горных пород намагничиваться.

Любая геомагнитная неоднородность вносит свой вклад в суммарное магнитное поле, пропорциональный ее магнитной массе и обратно пропорциональный удалению этой неоднородности от измерительного прибора на поверхности Земли или на борту самолета.

Основной физический параметр метода – магнитная восприимчивость χ, измеряемая в единицах СИ. Это безразмерная величина – коэффициент пропорциональности в соотношении I = χT, где I – намагниченность, измеряемая в А/м, а Т – напряженность намагничивающего поля, измеряемая в тех же единицах.

Дифференциация пород по магнитной восприимчивости: терригенные - до 100·10-5ед. СИ,

Карбонатные – до 20·10-5ед. СИ, галогенные - -1·10-5ед. СИ (диамагнетики) , граниты – 0-500·10-5ед. СИ, базальты – более 500·10-5ед. СИ. Носителем магнетизма в горных породах является магнетит и другие ферромагнитные минералы. В связи с тем, что нефть обладает свойствами диамагнетика над залежью в магнитном поле чаще всего фиксируется относительный минимум.

Благоприятные модели – вертикально-блоковые.

Измерительные приборы – протонные и квантово-оптические воздушные и наземные магнитометры.

Геологическая природа магнитных аномалий – рельеф поверхности кристаллического фундамента, неоднородность внутренней структуры фундамента, структура осадочного чехла, неструктурный геологический фактор. Глубинный фактор в магнитном поле не проявляется из-за несовпадения изотермической поверхности Кюри с поверхностью М.

Существует аналитическая связь между гравитационным и магнитным потенциалами, определяемая соотношением Пуассона. Это обстоятельство дает основания для совместной интерпретации гравитационных и магнитных аномалий.

Метод применяется в нефтегазовой геофизике для выявления неоднородностей вну-

тренней структуры фундамента, трассирования глубинных разломов, прямого прогнозирования нефтегазонсности.

Электроразведка.

Группа (около 30) методов естественных и искусственно создаваемых полей постоянного и переменного тока, изучающих особенности структуры этих полей, обусловленные различным удельным электрическим сопротивлением (проводимостью), диэлектрической

проницаемостью, поляризуемостью, геоэлектрохимической активностью (и пр.) горных пород. В электроразведке чаще всего изучают зависимость удельного электрического сопротивления от параметра, связанного с глубиной проникновения поля в геологическую среду, и расчленяют разрез на отдельные комплексы с разной литологией и физическими свойствами.

Основной физический параметр электроразведки – удельное электрическое сопротивление ρ, измеряемое в Ом·м. Основная измерямая величина (параметр поля) –

разность потенциалов ΔU [мВ].

Величины сопротивления горных пород колеблются в очень широких пределах. Так для терригенных пород эти пределы 0 - ∞, поскольку проводимость их определяется пористостью и влагонасыщенностью. Вообще подавляющее большинство горных пород

характеризуется ионной проводимостью, т. е. проводимостью растворов, насыщающих поровое пространство. Другой вид проводимости – электронная (металлическая) встречается относительно редко – в рудных образованиях ( сульфидные тела и пр.).

Таким образом, терригенные породы можно отнести к проводящим (ρ обычно не превышает 10 Ом·м), карбонатные – к плохопроводящим (ρ может доходить до 50 Ом·м),

галогенные образования (каменные соли) вообще не проводят электричества

(ρ ≥1000 Ом·м). То же можно сказать и о кристаллических породах – гранитах и базальтах.

Используется два вида электроразведочных работ: зондирования и профилирования. Первые предназначены для изучения горизонтально-слоистых толщ, а вторые – для картирования вертикальных или круто наклоненных неоднородностей. Сочетая первые со вторыми можно обеспечить получение объемной картины геологического строения разреза. В результате проведения электроразведочных работ строят на специальных билогарифмических бланках кривые и соотносят выявляемые в рельефе этих кривых максимумы и минимумы с определенными комплексами (проводящими и непроводящими) пород разреза. Причем чем глубже залегает этот комплекс, тем больше должна быть его мощность, чтобы его можно было обнаружить на кривой. Таким образом, детальность зондирований с глубиной падает.

Электроразведочные методы классифицируются на естественные и искусственно создаваемые. В каждой из этих групп выделяются две подгруппы: методы постоянного тока и методы переменного тока. К методам естественных полей постоянного тока

относятся: полевой метод ЕП (естественного поля), употребляемый при поисках месторождений сульфидных руд и в комплексе ПМП (прямые методы поисков) нефтегазовых залежей и скважинный метод ПС ( потенциал самопроизвольный). В

подгруппу методов естественных переменных полей входят самые глубинные в нефтегазовой геофизике магнито-теллурические: МТЗ (зондирования) и МТП (про-

филирования), а также метод теллурических токов (ТТ), где регистрируется только электрическая составляющая электромагнитного поля. К методам искусственных полей постоянного тока относятся наиболее широко используемые при решении различных геологических задач от инженерных до геоэкологических методы сопротивлений –

ВЭЗ (вертикальные электрозондирования), ДЭЗ (дипольные электрозондирования),

ЭП (электропрофилирования) и др. В нефтегазовой геофизике эти методы не приме-

яются в настоящее время в связи с их недостаточной глубинностью. Глубина исследования в них ограничена естественными экранами – высокоомными горизонтами.

Однако основной вид электрического каротажа КС (кажущиеся сопротивления) – это не

что иное как методика ВЭЗ в скважинном варианте. Наконец к методам искусственных переменных полей относится методика ЧЗ (частотные зондирования), заменяющая ВЭЗ

в условиях, когда высокоомной является приповерхностная часть разреза, и различные вариации ЗС (зондирования становлением поля). ЗС в модификации БЗ (в ближней зоне)-

основной электроразведочный метод нефтегазовой геофизики.

Сейсморазведка.

Метод, изучающий структуру и особенности рисунка исусственно возбуждаемого взрывом или вибровоздействием волнового поля, обусловленные различной скоростью распространения упругих волн и разной динамикой волнового процесса в горных породах.

Наименьшей скоростью (500-700 м/сек) характеризуются приповехностные образования

ЗМС (зона малых скоростей), затем идут терригенные породы (3000 м/сек), галогенные

( 4500 м/сек), карбонатные (5000 м/сек), граниты (6000м/ сек), базальты (7000 м/сек).

Основным физическим параметром сейсморазведки является скорость распространения упругих волн V, измеряемая в м/сек, а основной измеряемой величиной

(параметром поля) – время прихода волн к приборам – сейсмоприемникам (геофонам), устанавливаемым на поверхности наблюдений. Изучаются также динамические характеристики волн – амплитуды, частоты, длительности сейсмических импульсов и т. п., содержащие сведения о составе пород, через которые пробегает волна.

Идея сейсморазведки состоит в том, что возбуждая вблизи дневной повехности упругие колебания, которые распространяются в глубь среды, регистрируют их отражения и преломления от границ раздела геологических напластований, отличащихся своим минералогическим составом, а значит и скоростью распространения волн. От каждой такой границы отражается своя волна и последовательность этих волн составляет сейсмотрассу, по которой можно восстановить структурный каркас разреза. Однако

задача эта сильно осложняется тем, что наряду с полезными однократными отражениями в формировании сейсмотрассы участвуют многочисленные волны-помехи, в том числе кратные отраженные и поверхностные волны. Поэтому борьба с помехами составляет основное содержание методики сейсморазведки. Наиболее действенным способом такой

борьбы остается направленный прием в сочетании с частотной фильтрацией. Современная методика ОГТ (общая глубинная точка – точка отражения) основана на реализации направленного приема с использованием многократного профилирования

и длинных баз возбуждение – прием. При использовании таких баз ( 3-4 км) удается максимизировать кинематические различия полезных волн и помех, что обеспечивает

действенность направленного приема.

Сейсмическая информация представляется в виде временных сейсморазрезов, которые являются аналогом глубинных геологических разрезов. Условием адекватного преобразования временных разрезов в глубинные является знание скоростной характеристики разреза. Источником этого знания служат данные сейсмокаротажа и по-

левые сейсмозаписи, по которым вычисляются эффективные скорости.

По результатам интерпретации сейсмозаписей строят структурные карты по соответствующим отражающим горизонтам, на которых выделяют перспективные объекты для постановки бурения на нефть и газ.

ГИС

К геофизическим исследованиям в скважинах относят различные виды каротажа и операции по техническому обслуживанию скважин, а также так называемые геолого-технологические исследования (ГТИ).

Каротаж – это непрерывное исследование физических свойств горных пород вдоль ствола скважины. Эти исследования проводят по завершении процесса бурения в обсаженных скважинах. Назначение каротажа состоит в изучении литологии пород, расчленении разреза на пласты и комплексы пород, установлении их стратиграфичесой приуроченности, а также в оценке содержания нефти и газа. Тем самым каротаж в опреде

ленной степени замещает отбор керна и создает необходимую параметрическую базу для интерпретации данных полевой геофизики. Благодаря этому доводится до логического конца процедура геологической интерпретации геофизических данных – оцениваются ФЕС (фильтрационно-емкостные свойства), нефте - и влаго-насыщенность пород и т. п.

Основные виды каротажа:

Электрический – ПС и КС;

Радиоактивный – естественный ГК и вызванные - НГК, ГГК, ННК, ИНК и др.;

Акустический (АК)- дифференциальный и сейсмический (СК) – интегральный;

Термокаротаж.

Иногда в скважинах проводят плотностной и магнитный каротаж.

Прямые формационные характеристики пород измеряют в ходе работ ГТИ, которые про

водят в процессе бурения: газовый каротаж, механический каротаж, изучение шлама.

К операциям по обсуживанию скважин относят инклинометрию, кавернометрию, определение высоты подъема цементного кольца, перфорацию и пр.

Изучение физических полей Земли и их параметров. Значение этих параметров в нефтяной геологии.

Планета Земля служит объектом изучения науки геофизики. Геофизика определяется как комплекс наук, изучающих Землю как единое физическое тело и физические процессы, протекающие во всех ее оболочках –газообразной (атмосфера), жидкой (гидросфера) и твердой (кора, мантия, ядро). К числу этих наук относятся – земной магнетизм, аэрономия, метеорология, океанология, гляциология, физика твердой Земли и др. Изучение осуществляется косвенным путем, так как геофизические приборы регистрируют значения напряженности (параметров) геофизических полей – гравитационного, магнитного, волнового, электрических, а не собственно характеристики вещества Земли. Так, гравиметрическая информация предстает в виде значений поля силы тяжести в миллигалах, магнитная – в нанотеслах, электроразведочная – в милливольтах и т. п.

Неоднородности строения Земной коры (геологические тела) вносят в распределение этих полей возмущения, или аномалии. Таким образом, аномалии являются индикатором

наличия в разрезе Земной коры неоднородностей – месторождений полезных ископаемых, глубинных разломов, выступов кристаллического фундамента и т. п. В этом и состоит значение этих параметров, которые в ходе интерпретации преобразуются уже в параметры породы – плотности, скорости распространения упругих волн, удельные электрические сопротивления и т. д. Для нефтяной геологии актуально, что значения этих петрофизических характеристик откликаются на нефтенасыщение породы-коллектора: понижаются скорость, намагниченность и плотность, резко возрастает сопротивление. А эти изменения свойств вызывают соответственные изменения в распределении аномалий

геофизических полей, которые улавливаются чувствительными геофизическими приборами. В результате регистрируемые геофизические парметры становятся информативными и в структурном отношении и в отношении нефтегазоносности разреза.

Ответы на вопросы по комплексированию.

Комплексная интерпретация геолого-геофизических данных на основе вероятностно-статистического подхода. Корреляционная модель интерпретации.

(Билет 23)

Применение вероятностно-статистического подхода основывается на представлении о том, что регистрируемые физические поля представляют собой реализации сучайных событий, величин, процессов. Случайным также является расположение геологических объектов.

При вероятностно-статистическом подходе результатом решения может оказаться не число и не функция, а распределение вероятностей, заданное для возможных значений искомого параметра, т. е. когда местоположение, размеры и глубина залегания объекта определяются в пределах доверительных интервалов при заданной доверительной вероятности. Методологически такой подход даже более оправдан, поскольку точные решения при детерминированном подходе являются всегда идеализацией наших прдставлений. И поскольку решению обратных задач изначально свойственны неединственность и неустойчивость, обусловленные одинаковостью проявления геологических объектов в геофизических полях, т. е. эквивалентностью. Поэтому большинство методов КИ (комплексной интерпретации) базируе. тся на вероятностно-статистических моделях.

классифицирует эти модели на:

1.Собственно вероятные;

2. Модели, использующие априорную аналитическую регрессию;

3. Модели, использующие эмпирическую регрессию;

4. Таксономические (классификационные) модели.

Все это модели, использующие известные приемы анализа экспериментальных данных:

Регрессионный анализ, факторный анализ, статистическое оценивание, проверку гипотез и пр. Вероятностно-статистические модели наиболее эффективны при интерпретации

данных ГИС (построение петрофизических моделей) и на ранних стадиях ПРР при недостаточности параметрической информации и при прогнозе слабоконтрастных объектов, мало отличающихся по своим свойствам от вмещающих пород. В частности при решении структурных задач, задач прогнозировании структурных планов на основе данных геопотенциальных методов (грави - и магнито-разведки) при ограниченном количестве эталонной скважинной и структурной сейсморазведочной информации.

Одной из наиболее востребованных практикой остается корреляционная модель интерпретации, предложенная и впервые успешно опробованная при освоении Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. В рамках этой модели целевая задача интерпретации формулируется следующим образом:

Выявление и описание связей между изучаемой геологической характеристикой H

(глубина залегания изучаемой поверхности раздела) и набором геофизических параметров Δg (значения поля силы тяжести), ΔT (значения магнитного поля) и т. п. в точках r эталонного пространства f, где эта геологическая характеристика определена.

Формализованная запись этой задачи выглядит следующим образом:

Hr(f ) = Aif (Δg, ΔT,…, r (f ))

Т. е. задача сводится к отысканию оператора Aif взаимосвязи Н с Δg, ΔT и т. д.

Но прежде чем определить коэффициенты Aif необходимо обосновать выбор модели

связи, т. е. структуры оператора (уравнения связи Н с Δg и ΔT). Чаще всего удается обосновать выбор линейной модели, т. е. уравнения типа

y = A0 + A1x1 + A2x2+…
Здесь у –геологическая характеристика Н, а x1 и x2 - Δg и ΔT соответственно.

Коэффициенты A0, A1 и A2 определяится по методу наименьших квадратов.

Прогнозирование геологической характеристики Н в точках прогнозного пространства ψ в соответствии с принципом аналогий с помощью оператора Aif,

найденного на эталонном пространстве и с точностью, определяемой геологическим заданием. Формализованная запись задачи 2 выглядит так:

Hr(ψ) - Aif (Δg, ΔT,…, r (ψ)) ≤ε 0

Здесь ε 0 так называемая ошибка прогнозирования, определяемая теснотой связи параметров и величиной дисперсии Н. Обоснованность применения оператора на

прогнозном пространстве, т. е. соблюдение принципа аналогий, контролируется путем независимого контроля. После того как геологическая задача формализована, она сводится к математической ( условно - экстремальной), т. е. к задаче минимизации ε.

Основные пути минимизации ε - использование многомерных регрессионных операторов и предварительное разделение прогнозирующего геофизического поля

( методика КОМР и ее аналоги).

Идея модельности в разведочной геофизике. Понятие ФГМ.

(Билет 22)

Главная особенность геофизической информации – ее косвенный характер.

Поэтому она нуждается в преобразовании в прямые геологические понятия и

категории, т. е. в интерпретации. Содержание процесса интерпретации состоит в решении прямых и обратных задач геофизики. Причем все геологические задачи

являются обратными. Но обратные задачи – некорректные. Из некорректности

обратных задач следует идея поиска их решения на основе системы допущений о распределении источников аномалий (т. е. модели этого распределения) и заданного приближенно поля, т. е. идея поиска решений обратных задач через прямые. В. Н.

Страхов назвал эту идею идеей модельности и определил ее как первую центральную идею разведочной геофизики. В самой сжатой форме идея модельности по формулируется так:

Любой прием, любая процедура извлечения геологической информации из данных

геофизических наблюдений основывается на определенных модельных представлениях и потому сама извлекаемая информация становится модельной со всеми вытекающими отсюда последствиями. Т. е. то, что мы условно считаем информацией о среде может оказаться не соответствующим объективной реальности,

если исходные модельные представления были неверными.

Поскольку эти исходные представления – образы среды – формируют геологи, направляющие геофизические работы, основная ответственность за неподтвержде-

ние геофизических прогнозов ложится на них. Итак, схема решения обратной задачи

представляется следующим образом:

на основе изученности разреза исследуемой территории формируется исходная (апри-

орная) ФГМ. С использованием этой ФГМ решается прямая задача. Расчетное поле сопоставляется с наблюденным. Если соответствия между ними нет, в модель вводятся корректировки и снова решается прямая задача. Процесс подбора модели продолжается до тех пор, пока не достигнута требуемая степень совпадения. В итоге получается исправленная (апостериорная) ФГМ, которая предположительно дает неискаженное представление об объекте поиска.

Таким образом, понятие ФГМ является основополагающим элементом идеи мо-

дельности (или моделирования). Согласно ФГМ представляет собой

сложное трех-уровневое понятие.

Нижний (базовый) уровень это геологическая модель, т. е. система элементов геологического строения, обобщенно описывающая состав, структуру, форму изучаемых объектов и вмещающей их среды. Все это выстраивается в терминах

геологического описания как своего рода рисунок строения разреза.

Следующий уровень – это петрофизическая модель ПФМ, которая представляет

собой результат петофизической и геометрической параметризации геологической модели, уже не рисунок, а чертеж. Т. е. это объемное распределение в геологическом пространстве различных физических параметров, характеризующих главные СВК

(структурно-вещественные комплексы) ФГМ. СВК – это объединенная по одному

Или нескольким физическим свойствам совокупность геологических образований

(пластов), наделенных соответствующими «эффективными» (т. е.создающими аномальные эффекты) физическими характеристиками.

Наконец, верхний уровень модели – это математическая модель ММ, под которой понимаются уравнения (и реализующие их вычислительные схемы – алгоритмы,

программы) связи среды с полем. Т. е. это аппарат решения прямой задачи геофизики.

ФГМ есть также исходная позиция для построения математической модели интерпретации, которая рассматривается как система из элементов:

а – целевая задача интерпретации;

б – модель поля;

в – модель среды;

г – модель связи поля со средой;

д – объем потенциально извлекаемой информации;

е – критерии оптимальности интерпретации;

ж – априорные или эмпирические оценки точности.

Комплексная интерпретация геофизических данных. Понятие согласованной

ФГМ. ( Билет21)

Под интерпретацией понимают процесс и результат преобразования косвенной геофизической информации в прямые геологические понятия и категории, осуществляемый с привлечением всей доступных дополнительных геолого-

геофизических данных. Т. е. геологическая интерпретация это всегда интерпретация комплексная.

Необходимость комплексирования обусловлена неединственностью и неустойчивостью решения обратных задач.

В зависимости от способов формирования и описания параметров –ФГМ подразделяются на детерминированные и вероятностно - статистические.

Детерминированные ФГМ формируют исходя из предположения о том,

что неслучайные величины, определяющие состояние объекта (ПФМ),

однозначно определяют соответствующие неслучайные характеристики модели физического поля. Т. е. тип связи поля со средой – жесткий, функциональный.

Такие модели эффективны при описании условно-однородных геологических объектов, контрастных по физическим свойствам. Детерминистские ФГМ получают путем расчета ожидаемых аномальных эффектов с помощью уравнений матфизики

при жестко ограниченных, наперед заданных значениях исходных ПФ и геометрических параметров модели. При комплексировании детерминистские модели употребляют в рамках схемы согласования и исключения известного.

Успех при использовании детерминистских ФГМ достигается в случае хорошей изученности, обеспеченности параметрическим материалом, эталонной информацией, т. е. на стадии подготовки объектов, а не поиска.

При комплексировании приходится использовать не однопараметровые, а многопараметровые ФГМ и при этом геологически не противоречивые. Такие

ФГМ называют согласованными. Под согласованностью понимается единство геологической трактовки результатов различных геофизических методов. Т. е. одна ФГМ должна удовлетворять наблюдаемому распределению разных геофизических полей.

Процедура согласования состоит в решении прямых задач по каждому из методов,

входящих в комплекс, от общих факторов ФГМ и в совмещении теоретических полей

с наблюденными. Тем самым подбирается такая ФГМ (такие параметры ФГМ)при которых совмещаются все теоретические кривые с наблюденными.

Однако предварительно проводится ранжирование этих факторов ФГМ по уровню

Значимости (степени общности):

Факторы первого уровня – факторы, которые определяюткартину распеделения поля по всем методам комплекса (всеобщие). Они являются критериальными, т. к. именно по ним проводится согласование. В Прикаспийской впадине это кровля соли, подошва

Соли, кровля фундамента (при глубине его залегания до 5 – 7 км).

Факторы второго уровня это факторы, общие не для всех полей, а лишь для некоторых. (подсолевые для сейсмо и электро-разведки).

Факторы третьего уровня формируют частные особенности отдельных полей и вообще

не нуждаются в согласовании.

Наиболее часто методика согласованной ФГМ используется для 2-3 методного комплекса (сейсмо-гравиметрическая ФГМ).