Метод математического моделирования получил распространение в сейсморазведке примерно с середины 60-х годов. Использование синтетических сейсмограмм (СС), являвшихся результатом решения одномерной динамической задачи, имело следующий цели:
· анализ процесса формирования поля отраженных волн в тонкослоистой среде;
· оценку роли многократных волн в этом поле;
· определение сейсмических эффектов, обусловленных изменением литологии или углеводородосодержания и др.
В целом это позволило получить важные для практики интерпретации выводы о том, какие особенности и признаки нужно искать на реальной сейсмозаписи при изучении того или иного геологического объекта.
Переход к двумерному сейсмическому моделированию, т. е. к использованию синтетических временных разрезов (СВР), означал не просто увеличение количества синтезируемых трасс, а качественно новый уровень реализации метода моделирования. Речь идет об открывшейся возможности применения математического моделирования непосредственно в процессе интерпретации данных сейсмических наблюдений
К началу 80-х годов сложилась следующая классификация видов сейсмомоделирования.
1. Структурное моделирование. Обычно такое моделирование осуществляется путем прослеживания лучей, что позволяет воспроизвести истинный путь сейсмических волн при пересечении границ напластований, установить точную связь между временем и глубиной и понять причины своеобразного отображения определенных структурных форм на временном разрезе. С помощью структурного моделирования могут производиться оценка и учет влияния вышележащих толщ на кинематику сейсмических волн в интересующем (перспективном) диапазоне времен или глубин при решении стратиграфических задач.
2. Стратиграфическое моделирование. Первоначально применялось с целью получить оценку влияния залежей нефти и газа, выклинивающихся слоев, зон литолого-фациального замещения и других неоднородностей на такие характеристики сейсмической записи, как изменение амплитуд, искажение вышезалегающих горизонтов, изменение полярности, понижение скорости, наличие и расположение дифрагированных волн. Структурные формы здесь менее важны, а упругие параметры горных пород, наоборот, являются очень важными и решающими. В последнее время стратиграфическое моделирование успешно применяется для обнаружения и подтверждения залежей углеводородов, определения литологии пород, связанных с этими залежами, границ распространения залежей и др.
3. Моделирование сейсмических скоростей. Вначале такое моделирование получило распространение в связи с необходимостью оценки влияния кривизны отражающих и промежуточных границ и локальных неоднородностей на поле сейсмических скоростей или, другими словами, для анализа отклонений параметра VОГТ реальных скоростей в среде. Впоследствии были осуществлены удачные опыты использования этого вида моделирования в качестве основы в методах решения обратных кинематических задач для многослойных сред с криволинейными границами раздела и с градиентами скоростей в слоях.
Кроме того, двумерное сейсмомоделирование стало эффективно использоваться и на этапе обработки сейсмической информации для решения таких задач, как:
· расчет статических и кинематических поправок в условиях неоднородностей в верхней части разреза,
· тестирование новых программно-алгоритмических средств,
· синтез оптимальных графов обработки.
Глава 1. Общие принципы интерпретации данных сейсморазведки на основе математического моделирования
Раздел 1.1. Системный анализ проблемы интерпретации данных сейсмических наблюдений
В соответствии с методологическим принципом системного подхода представим объект нашего изучения (процесс интерпретации данных сейсмических наблюдений) в виде целостной системы взаимодействующих элементов (верхняя часть рис. 1, а).
Будем называть интерпретацией данных сейсмических наблюдений процесс построения сейсмогеологической модели, которая не противоречит имеющейся априорной информации (наблюденному волновому полю, данным промысловой геофизики, геологической информации) и опыту геофизика-интерпретатора. Из этого определения следует несколько важных методологических выводов:
1) процесс интерпретации является целенаправленным и поэтому должен быть управляемым;
2) в процессе интерпретации необходимо сопоставлять имеющуюся в данный момент сейсмогеологическую модель с априорными данными (в первую очередь с наблюденным волновым полем) на предмет анализа их противоречивости и нахождения способов ее устранения;
3) ввиду невозможности непосредственного сопоставления таких разнородных объектов, как сейсмогеологическая модель и наблюденное волновое поле, в процессе интерпретации необходимо решать прямую задачу, т.е. вычислять волновое поле по сейсмогеологической модели.
Таким образом, математическое моделирование становится неотъемлемой частью технологии интерпретации.
Конкретизируя схему рис. 1, а, получаем схему интерпретации данных сейсморазведки на основе математического моделирования, представленную на рис. 1, б. Она включает операции шести уровней.
I уровень – получение исходной информации в результате геофизических измерений и сбора априорных геологических данных.
II уровень – обработка и анализ указанной информации с различными целями. Полевые данные сейсморазведки обрабатываются в целях получения
- годографов;
- горизонтальных спектров скоростей или графиков VОГТ;
- окончательного временного разреза, который должен содержать минимум помех и искажений и максимум объективной информации о строении среды.
Данные промысловой геофизики обрабатываются главным образом для получения эффективной по сейсмическим критериям одномерной сейсмической модели. Наконец, важнейшую роль, определяющую впоследствии все решения геофизика-интерпретатора, играет предварительно выработанная гипотеза о строении разреза, не противоречащая имеющимся геологическим представлениям.
III уровень состоит в создании исходной для итеративного процесса интерпретации двумерной сейсмогеологической модели или модели нулевого приближения. Эта операция в принципе неформальна и требует максимального использования всей доступной информации I и II уровней. На этом же уровне производится выбор импульса, моделирующего сейсмический сигнал (моделирование сейсмического сигнала).
На IV уровне для получения модельных аналогов промежуточных и окончательных результатов обработки полевых данных сейсморазведки решаются прямые задачи сейсморазведки.
V уровень – операции сравнения промежуточных и окончательных результатов обработки с их модельными аналогами, имеющие целью количественную оценку сходства между ними.
VI уровень в рассматриваемой схеме представляют процессы принятий по коррекции параметров в общем случае всех операций уровней II–V. В частности, при наименее "глубокой" обратной связи корректируются параметры сейсмомоделирования, т. е. сейсмогеологическая модель и модель импульса падающей волны. Исходными данными для принятия таких решении являются оценки сходства ("рассогласования"), получаемые на уровне V.
Раздел 1.2. Теоретические вопросы автоматизированной интерпретации данных сейсморазведки
Таблица 1. Влияние параметров двумерного сейсмомоделирования
на характеристики отражений
| Кинематические и | Параметры |
| А. Определяемые по отдельным трассам синтетического временного разреза | |
| 1. Время отражения | 1. Локальные мощности пластов вышележащей толщи 2. Локальные скорости в пластах вышележащей толщи 3. Геометрия отражающей и промежуточных границ |
| 2. Амплитуда отражения | 1. Дифференциация скоростей и плотностей соседних слоев 2. Мощности слоев 3. Количество слоев, участвующих в формировании отраженной волны 4. Геометрия отражающей и промежуточных границ 5. Частота исходного сигнала |
| 3. Преобладающая частота отражения | 1. Частота исходного сигнала 2. Мощности слоев 3. Количество слоев, участвующих в формировании отраженной волны 4. Величины частотно-зависимого коэффициента поглощения |
| 4. Полярность отражения | 1. Полярность исходного сигнала 2. Порядок чередования слоев 3. Тип насыщающего флюида |
| 5. Форма отражения: а) длительность волны, выраженная количеством фаз | 1. Количество слоев, участвующих в формировании отраженной волны 2. Мощности слоев 3. Ширина спектра исходного сигнала 4. Частота исходного сигнала |
| б) соотношение амплитуд экстремумов (форма огибающей) | 1. Форма огибающей исходного сигнала 2. Количество слоев, участвующих в формировании отраженной волны 3. Дифференциация скоростей и плотностей соседних слоев 4. Мощности слоев |
| Б. Определяемые по синтетическому временному разрезу | |
| 6. Поведение линий t0 | 1. Геометрия отражающей и промежуточных границ 2. Скорости и величины их градиентов в пластах вышележащей толщи 3. Мощности пластов вышележащей толщи |
| 7. Интерференция а) изменение времени между соседними фазами отражения | 1. Градиент изменения мощностей слоев, участвующих в формировании отраженной волны 2. Градиент изменения скоростей слоев, участвующих в формировании отраженной волны |
| б) изменения амплитуды отдельных фаз отражения (изменение формы огибающей) | 1. Градиент изменения плотностей слоев, участвующих в формировании отраженной волны 2. Криволинейность границ, участвующих в формировании отраженной волны |
| 8. Когерентность | 1. Градиент изменения мощностей слоев, участвующих в формировании отраженной волны 2. Градиент изменения скоростей слоев, участвующих в формировании отраженной волны 3. Градиент изменения плотностей слоев, участвующих в формировании отраженной волны 4. Криволинейность границ, участвующих в формировании отраженной волны |
| 9. Расположение и интенсивность дифрагированных волн | 1. Наличие и местоположение объектов дифракции (точки выклинивания, примыкания; тектонические нарушения; резкие перегибы слоев, радиус кривизны которых меньше длины волны; участки резкого изменения пластовых параметров и т. п.) 2. Дифференциация скоростей и плотностей в дифрагирующих телах и вмещающих породах |
Глава 2. Способы построения сейсмических моделей геологических сред