Адекватная скоростная модель – основа эффективного построения сейсмических изображений при картировании ловушек углеводородов, связанных с соляными куполами (стр. 2 )

Учет анизотропии скоростей сейсмических волн. Одним из важнейших свойств реальной геологической среды является анизотропия скорости (зависимость этой характеристики от угла распространения) сейсмических волн. Это явление связано с множеством причин (Jones et al., 2003; Grechka, 2009), из которых две можно считать основными. Первая - упорядоченная (цикличная) тонкая слоистость, эффект от которой может быть дополнительно усилен в случае преимущественно глинистого характера разреза, поскольку глины сами по себе существенно анизотропные. Этому случаю соответствует полярная анизотропия, проявляющаяся в зависимости скорости от угла распространения волны относительно нормали к напластованию. Вторая причина – упорядоченная трещиноватость, которая обычно наблюдается перпендикулярно напластованию. В этом случае возникает азимутальная анизотропия, проявляющаяся в зависимости скорости от азимута распространения волны относительно направления простирания системы трещин.

Важность учета анизотропии сейсмических скоростей уверенно осознается и убедительно демонстрируется геофизиками на многочисленных модельных и реальных материалах. Так, например, в интервью, данном журналу The Leading Edge (США) в октябре 2006 г., ведущие специалисты в области сейсмической анизотропии профессор Илья Цванкин (университет Colorado School of Mines, США) и доктор Владимир Гречка (компания Marathon, США) отметили, что все проекты глубинной 3D миграции в такой ведущей мировой компании как ExxonMobil уже выполняются исключительно с использованием анизотропных скоростных моделей.

Полярная анизотропия. Какие негативные последствия может породить игнорирование анизотропии скорости при построении сейсмических изображений? Продемонстрируем это на примере полярной анизотропии, порождаемой упорядоченной тонкой слоистостью.

1. Рассмотрим сначала горизонтальное залегание осадочной толщи. Анизотропия сейсмических скоростей в такой среде хорошо описывается трансверсально изотропной моделью с вертикальной осью симметрии (vertical transverse isotropy, VTI) и, в первом приближении, двумя параметрами Томсена, δ и ε (Thomsen, 1986; Grechka, 2009). В этом случае скорость миграции, которая обычно получается из анализа скоростей суммирования (миграции), отличается от вертикальной скорости или скорости, измеренной по данным сейсмического каротажа (checkshot velocity) или акустического каротажа.

Это демонстрируется на рис. 5, позволяющем сопоставить скорости акустического каротажа в двух скважинах с соответствующими скоростями изотропной и анизотропной миграции сейсмических данных при морских исследованиях в Нигерии [Fruehn et al., 2007]. На этой площади целевой песчаный резервуар перекрыт глинистой толщей с ярко выраженной анизотропией скоростей. В результате в пределах глинистого интервала наблюдается систематический сдвиг (≈ 10%) между скоростями изотропной миграции и акустического каротажа. Предварительная оценка параметров анизотропии позволила получить вертикальную скорость миграции, хорошо совпадающую с данными акустического каротажа.

Рис. 5. Сопоставление скорости акустического каротажа в двух скважинах с соответствующими скоростями изотропной и анизотропной миграции сейсмических данных при морских исследованиях в Нигерии.

В результате отмеченного различия между истинной вертикальной скоростью и скоростью изотропной миграции изображения горизонтов могут занимать неправильное положение по глубине (Vestrum, 2002). Обычно они изображаются глубже своего истинного положения, поскольку скорость суммирования часто превышает истинную вертикальную скорость (Grechka, 2009).

Этот эффект убедительно демонстрирует рис. 6 на материалах из Прикаспийской впадины (Банников и др., 2009). На рисунке видно ощутимое различие в глубинном положении целевых карбонатных отложений в межкупольном пространстве на результатах изотропной миграции и каротажной диаграмме. Учет анизотропии скоростей позволил успешно устранить этот недостаток сейсмического изображения.

Рис. 6. Сейсмические изображения соляных штоков и окружающих осадочных пород в Прикаспийской впадине без учета (а) и с учетом (б) анизотропии скоростей. Красным цветом обозначена одна из трасс сейсмического изображения, а зеленым – каротажная кривая.

Однако неправильное позиционирование горизонтов при субвертикальной оси симметрии индикатрисы скоростей является значительно менее серьезной проблемой, чем искажения, вызванные существенным наклоном этой оси. (Заметим, что такая ситуация порождается наклонным залеганием толщи и хорошо описывается трансверсально изотропной моделью с наклонной осью симметрии (tilted transverse isotropy, TTI) и теми же параметрами Томсена). Дело в том, что при вертикальном направлении оси искомый объект фактически может быть встречен на меньшей глубине, что будет просто приятной неожиданностью для разведчиков недр. При наклонной оси картина усложняется, и изображение искомого объекта может быть дополнительно значительно смещено по латерали относительно истинного положения. В этом случае поисковая или разведочная скважина может просто промахнуться.

Возникновение значительных латеральных и вертикальных смещений сейсмических изображений объектов относительно их истинного положения при игнорировании анизотропии с наклонной осью симметрии демонстрируется во многих работах (например, Vestrum et al., 1999; Isaac, Lawton, 1999, 2002; Isaac, Lines, 2002; Vestrum, Vermeulen, 2004; Мармалевский и др., 2005; Zhang, Zhang, 2008) с использованием физического и математического моделирования.

На рис. 7 изображена глубинно-скоростная модель, использованная для оценки влияния анизотропии сейсмических скоростей c наклонной осью симметрии на изображение Тарасовского соляного штока и окружающих его осадков в Днепровско-Донецкой впадине (Мармалевский и др., 2005). Скорость в соли и перекрывающей осадочной толще предполагается анизотропной и описывается параметрами Томсена, представленными на рисунке. Эти параметры получены в результате обработки материалов азимутального трехкомпонентного ВСП в одной из скважин на площади. Перекрывающие соль осадки в правой части разреза характеризуются наклонной осью симметрии анизотропии (φ = 30º), а сама соль – вертикальной осью (φ = 0º).

Рис. 7. Анизотропная глубинно-скоростная модель вдоль разреза, пересекающего Тарасовский шток в Днепровско-Донецкой впадине.

Представленная на рис. модель послужила основой для конечно-разностного расчета синтетических сейсмограмм с помощью канадского пакета Tesseral-2D, которые затем использовались для получения сейсмических изображений с учетом и без учета анизотропии скоростей (рис. 8) (Мармалевский и др., 2005). В случае изотропной миграции использовались вертикальные скорости в соответствующих пластах. Сейсмическое изображение, построенное с учетом анизотропии, почти полностью соответствует модели. В то же время изображение, игнорирующее анизотропию, характеризуется большими искажениями относительно модели как по вертикали, так и по латерали. Ложные смещения границ особенно сильны под соляным козырьком, что весьма критично для успешных поисков и разведки ловушек углеводородов, экранированных такими частями соляных тел (Тяпкина и др., 2014).

Рис. 8. Сейсмические изображения, полученные с учетом (а) и без учета (б) анизотропии скоростей по синтетическим данным, соответствующим модели, изображенной на рис. .

2. Рассмотрим простейший случай вертикальной оси симметрии анизотропии и предположим, что используется правильная вертикальная скорость, позволяющая выполнить правильное позиционирование объектов. Однако даже в такой ситуации изображение может быть плохо сфокусировано, поскольку вертикальная скорость отличается от скорости суммирования и поэтому суммирование сигналов осуществляется несинфазно (Grechka, 2009). В результате понижается отношение сигнал-помеха и изображение теряет разрешенность, становясь более «размытым».

Синтетические примеры, демонстрирующие “размазывание” изображений из-за плохой фокусировки, вызванной игнорированием анизотропии с наклонной осью симметрии, приведены в работе (Vestrum, Vermeulen, 2004).

Результат более синфазного суммирования сигналов при получении сейсмического изображения демонстрируется на рис. 9, где отчетливо видна улучшенная фокусировка круто наклоненных отражающих границ и стенки соляного штока после анизотропной миграции (Gray et al., 2006). Причина такого результата становится понятной после сопоставления приведенных на этом же рисунке наборов трасс общего изображения в угловой области, полученных без учета и с учетом анизотропии скоростей. После изотропной миграции видно типичное поведение набора трасс общего изображения, напоминающее хоккейную клюшку, в то время как результат анизотропной миграции демонстрирует значительно более выровненные во времени отражения.

Рис. 9. Сейсмические изображения одной из приштоковых зон, полученные в результате изотропной (a) и анизотропной (б) миграции на основе одностороннего волнового уравнения. Слева приведены окончательные сейсмические изображения, а справа - наборы трасс общего изображения в угловой области (angle domain common image gathers) для точки профиля, обозначенной белой вертикальной линией.

Другим примером, демонстрирующим повышение отношения сигнал-помеха и разрешенности сейсмического изображения после учета анизотропии скоростей, может служить уже представленный рис. 6. Здесь видно как в результате анизотропной миграции кардинально улучшилось изображение отражающих границ в приштоковых и межштоковых областях.