Шпаргалка по "Геофизике"

 

 

36) Как решается задача упругой  инверсии, почему эта инверсия  называется одновременной (совместной)?

38) Понятие об упругом импедансе,  чем удобен упругий импеданс  для практического использования?

     Ниже рассматривается  один из самых популярных вариантов  выполнения упругой инверсии, а  именно упругая инверсия, основанная на модели среды. Идея упругой инверсии адекватна вышеописанной акустической инверсии, основанной на модели среды. Она заключается в генерации большого количества сейсмических моделей для различных комбинаций упругих параметров и выбора из моделей той, которая наилучшим образом совпадает с реальными данными. Заложенные в эту модель упругие параметры и будут результатом инверсии. Цель упругой инверсии - получить адекватную реальной модель среды при минимуме итераций. Сходимость решения при минимизации расхождений между реальными и синтетическими данными определяется корректностью выбора начальной модели и вводимыми ограничениями на изменяемые в процессе итераций упругие параметры моделей.

     Входными данными  для упругой инверсии могут  быть угловые сейсмограммы, однако  чаще применяются более помехоустойчивые  суммарные трассы угловых разрезов. Кроме этого, входные данные  содержат скважинную информацию  для создания начальной модели, информацию о низкочастотной  составляющей модели и предельных  величинах параметров модели, не  позволяющих моделируемым атрибутам  выйти за рамки их возможных  реальных значений. Выходной информацией  обычно служат акустический и  поперечный импедансы, однако могут быть другие связанные с ними атрибуты: скорости Р и S волн, плотности, упругие константы и пр.

     Пример одной из  схем упругой инверсии приведен  на следующем слайде. Незачерненные блоки соответствуют входным и выходным данным, зачерненные – процедурам инверсии. На основании начальной модели, заданной по скважинным данным, вычисляются трассы коэффициентов отражения, соответствующие суммарным трассам угловых разрезов для различных углов падения. При этом могут применяться точные формулы Цёппритца, однако, чаще используют приближенные формулы, полученные на основе выражения (3.2). Например, применительно к величинам относительных скачков продольных I_P и поперечных I_S импедансов и плотностей s формула для коэффициента отражения записывается в виде:

 

     Существенная особенность  упругой инверсии состоит в  том, что из каждого углового разреза извлекается свой импульс, предназначенный для свертки с коэффициентами отражения и получения синтетики. Это позволяет учесть изменение формы импульса с увеличением удаления от источника. Синтетические трассы вместе с суммарными реальными трассами по угловым разрезам подаются в «черный ящик», где они сравниваются. При несовпадении, синтетические трассы целенаправленно изменяются оптимизационными методами до полного их совпадения с реальными трассами, путем поиска глобальных минимумов целевых функций. Целевые функции имеют более сложный вид, чем выражения (4.2) или (4.3), поскольку оптимизация проводится по нескольким параметрам. Поэтому такой способ упругой сейсмической инверсии получил название совместной (или одновременной) инверсии.

     Полученные в результате  упругой инверсии атрибуты затем  используются для установления  между ними зависимостей на  тех же принципах, как и вышеописанные  AVO зависимости. Считается, что зависимости, построенные по фундаментальным атрибутам [Dl/l и Dm/m, D(lσ)/lσ и D(mσ)/mσ и др.], обеспечивают большую чувствительность при обнаружении УВ.

Инверсия на основе угловых разрезов создает проблемы сопоставления  результатов упругой инверсии со скважинными данными из-за невозможности  использования  для этой цели акустических импедансов, справедливых только для нулевых углов падения. Проблема решается введением понятия упругого импеданса (Elastic Impedance) EI, вычисляемого в отличие от акустического импеданса (АI) для ненулевых углов падения a. EI позволяет дать оценку коэффициента отражения в диапазоне углов падения a = 0…30-35°, используя справедливое для AI выражение:

Значение EI выводится на основани уравнений (3.2) или (3.3) и формулы коэффициента отражения для нормального падения и записывается в виде:

где K - осредненное значение (V_S/V_P)² для контактирующих по границе слоев (не для одного слоя!).

     EI (5.3) состоит из двух сомножителей - акустического импеданса V_Pσ и заключенного в скобки коэффициента, связанного с углом падения a волны на отражающую границу. AI-атрибут характеризует физические свойства слоев. EI-атрибут – описывает физические свойства пород лишь косвенно, он показывает некоторую формальную связь AI-атрибутов с характеристиками AVO для сейсмических границ. Можно считать, что EI является фактическим обобщением понятия AI для случая наклонного падения волны на границу, т. к при a = 0° он равен AI. Формализм ввода понятия EI, заключается и в том, что его размерность зависит от угла падения a.

     Использование трехчленной  аппроксимации (3.2) для вывода (5.3) означает, что вычисление EI(a) для трех значений a дает возможность найти искомую тройку упругих атрибутов V_P, V_S и σ. Согласованность EI c AI позволяет получать указанные упругие атрибуты со свойственным AI повышенным разрешением и более четко сопоставлять эти атрибуты с данными ГИС.

     Подчеркнем различия этих процедур AVO анализа и упругой инверсии. При AVO анализе, согласно формуле (3.2), сначала извлекают из сейсмических данных относительные скачки скоростей и плотностей, а затем обращают эти скачки в атрибуты среды, увязывая их с данными ГИС. При упругой инверсии, наоборот, с помощью смоделированных кривых ГИС обращают сейсмические данные в формальный атрибут среды - упругий импеданс, а затем переводят его в упругие атрибуты - скорости и плотности. Отметим важную деталь: при AVO анализе предполагается, что форма сейсмического импульса не изменяется с удалением (или углом падения), следовательно, любая интерференция, вызывающая изменение формы записи от удаления или угла падения, приводит к ошибкам определения AVO атрибутов. Для упругой инверсии такое ограничение отсутствует: для каждой угловой суммы импульс определяется индивидуально. Учет изменения формы импульса с удалением определяет существенное преимущество упругой инверсии перед AVO анализом.

     В заключение дается  пример сравнения AI и EI, вычисленных по каротажным данным. На следующем слайде кривые AI и EI совпадают во всем временном окне, за исключением интервала нефтенасыщенных песчаников, где они существенно расходятся. Такое аномальное поведение EI по сравнению с AI свидетельствует, что эти песчаники соответствуют AVO характеристикам песков 2-го или 3-го классов, когда амплитуды отражений выше на больших удалениях, чем на малых.

Сравнение акустического (AI) импеданса и нормированного упругого (EI) импеданса вычисленного для a = 30°.

 

 

37) Почему результаты сейсмической  инверсии могут быть неоднозначными,  что нужно сделать, чтобы улучшить  однозначность решения этой задачи?

39) Поясните  сущность спектрального разложения, основанного на Фурье преобразовании  и вейвлет-анализе.

40) Дайте  представление о СВАН-анализе и структурно-формационной интерпретации. Приведите примеры решения других задач на основе спектрального разложения.

 

Методы спектрального разложения широко используется как для получения сейсмических атрибутов, так и целей интерпретации. Спектральное разложение позволяет представить распределение энергии сейсмической трассы на плоскости время-частота. В качестве инструмента используется как преобразование Фурье, так и сравнительно новое направление – вейвлет-анализ.

     Для отображения локальных  свойств среды служит преобразование Фурье в перемещающихся одинаковых коротких временных окнах, что в частотной области аналогично использованию одинаковых узкополосных фильтров, перемещающихся вдоль оси частот. Вейвлет-анализ выполняет аналогичную операцию, используя операторы одинаковой формы, длина которых обусловлена их изменяющимся частотным заполнением. В частотной области такая фильтрация соответствует использованию набора плавно меняющихся по ширине полосовых фильтров. Возможность более гибкого регулирования разрешающей способности по времени и частоте и отсутствие искажений, связанных с краевыми эффектами на границах окон, дает преимущество вейвлет-анализу по сравнению с Фурье-анализом в коротких окнах.

На принципах спектрального  разложения основан спектрально-временной анализ (СВАН), положенный в основу структурно-формационной интерпретации (СФИ). Согласно подходу СФИ, геологический разрез представлен иерархически организованной системой разномасштабных геологических тел надпородного уровня, называемых формационными объектами. Распространенными формационными объектами упорядоченной структуры являются циклиты. Они характеризуются закономерными периодическими изменениями мощности и литологии составляющих слоев, а, следовательно, - отражающих свойств слоистых пачек. Трансгрессивные и регрессивные серии морских отложений, рассматриваемые в вертикальном направлении, известны как проциклиты и рециклиты. Сейсмическая волновая картина отображает как направленность изменения свойств циклитов, так и их связь с перерывами осадконакопления.

     Эффективным подходом  к выявлению скрытых периодичностей  и структурно-формационной интерпретации  является спектральный анализ  трасс или фрагментов сейсмических  изображений с помощью плавно изменяющихся по частоте узких резонансных фильтров, результаты которого представляются в виде СВАН-колонок. С их помощью определяют систематические изменения по времени спектрального состава отраженных волн.

     В пределах циклита  происходит направленное изменение  гранулометрического состава и  характера слоистости отложений,  что сказывается на их сейсмоакустических  свойствах. В проциклитах тонкозернистостъ и тонкослоистость осадков возрастают по разрезу снизу вверх и в этом же направлении, т. е. с уменьшением времени прихода соответствующих отраженных волн увеличивается преобладающая частота их спектров. Для рециклитов, отличающихся противоположными направлениями изменения свойств осадков, характерна обратная закономерность в спектральном составе наблюдаемых отраженных волн. Перерывы в осадконакоплении проявляются на СВАН-колонках нарушениями плавности изменения во времени спектров отражений и присутствием колебаний, устойчивых к вариациям фильтрации. На следующем слайде показан пример спектрально-временного анализа фрагмента трассы временного разреза. По СВАН-колонке видно, как изменяется вид сейсмической трассы при плавном изменении фильтрации от низких к высоким частотам. Справа показана интерпретация СВАН-колонки с выделением проциклитов и рециклитов. Границы между ними соответствуют интенсивным отражениям. Исследования близкие к структурно-формационной интерпретации данных сейсморазведки получили в зарубежной геологии название сиквенс-стратиграфии.

а - сейсмическая трасса;

б - СВАН-колонка;

в - сейсмические циклы, выделенные из б (углы при вершине треугольников, соответствуют более высоким частотам – тонким слоям, противоположные углам стороны соответствуют низким частотам – толстым слоям).

Другое применение спектрального  разложения – определение мощности тонкого или зон замещения  в тонком слое, представляющем коллектор. Определение мощности основано на эффекте настройки на слой («тьюнинг-эффекте»), заключающемся в том, что в случае конструктивной интерференции отражений от кровли и подошвы слоя,  максимальная амплитуда суммарного интерференционного отражения должна соответствовать определенной частоте на плоскости частота-время для заданного времени. Зная значение этой частоты и скорости в пласте, можно определять изменение мощности тонкого слоя или, предполагая мощность слоя постоянной, судить об изменении скорости в слое, т. е. выделять зоны замещения. При этом считается, что разрешение отражений от кровли и подошвы слоя может превосходить ¼ длины волны. На следующем слайде показаны возможности определения мощности русловых отложений. Каждая спектральная компонента однозначно соответствует определенной мощности коллектора. Значения максимальных амплитуд на частотах 10, 20 и 50 Гц определяют участки разной мощности.

Еще одно применение спектральных разложений относится к методам определения  поглощающих свойств геологической  среды. Отечественными и много позже  зарубежными исследованиями показано, что залежи УВ, соответствующие мощным или слабо консолидированным  газовым резервуарам, могут ассоциироваться  с низкочастотными аномалиями волнового  поля. Это подтверждается частотным  анализом проходящих через залежи прямых волн, наблюдаемых при работах  ВСП.

     Пример выделения  по данным спектрального разложения  аномалии, связанной с газовой  залежью, показан на рис. 5.5, где  на фоне постепенного смещения  максимума спектра в область  низких частот (белая линия), вызванного  поглощением высоких частот с  глубиной, наблюдается резкий низкочастотный  отскок, обусловленный аномальным  поглощением в газовой залежи.

 

 

 

41) В чем состоит сущность  сейсмостратиграфии и ее элементов – выделения сейсмокомплексов и сейсмофаций?

Сейсмическая  стратиграфия появилась как качественный метод геологической интерпретации сейсмических изображений, позволяющий восстановить по структурно-динамическим особенностям сейсмической записи тектоническая историю и условия образования осадочных отложений с целью предсказания их фациалъно-литологического состава и обнаружения ловушек УВ неантиклинального типа.

     Сейсмостратиграфическую модель геологического разреза строят последовательно в два этапа. На первом этапе в пределах сейсмических изображений выделяются сейсмические комплексы (СК). СК – часть изображения, ограниченная поверхностями (границами) несогласия регионального масштаба и объединяющая относительно согласные и генетически связанные отложения, образовавшиеся в одно и то же геохронологическое время. Мощности СК в среднем составляют несколько сотен метров. В основу сейсмостратиграфии положено представление, что сейсмические горизонты отображают возрастные поверхности раздела, которые в общем случае могут не совпадать с литологическими границами. Сейсмические горизонты указывают положение структурных и стратиграфических несогласий в осадочной толще, в том числе - некоторых скрытых перерывов осадконакопления и неявных поверхностей размыва. Тем самым отражающие горизонты преимущественно соответствуют границам отдельных тектонических циклов изменения условий седиментации.

     В основе сейсмостратиграфии лежат представления о том, как структурно-литологическое строение осадочной толщи отображается в геометрии отражающих границ, характере их прослеживаемости и рисунке сейсмических колебаний. Такой анализ требует глубоких знаний тектонических, стратиграфических, литодинамических и фациальных аспектов геологии осадочных пород, реальной оценки разрешенности сейсмических изображений и предполагает практическое отсутствие помех на сейсмических изображениях. Основными данными для сейсмостратиграфической интерпретации служат мигрированные сейсмические кубы или совокупности глубинных разрезов по изучаемым площадям. На этапе рекогносцировочных исследований сейсмостратиграфический анализ  выполняется по отдельным региональным профилям. Представление о характере границ несогласий, связанных с перерывами осадконакопления между сейсмическими комплексами, можно получить из следующего слайда. Для кровли СК залегание слоев с угловым несогласием наблюдается при кровельном прилегании и эрозионном срезе. Для подошвы СК залегание слоев с угловым несогласием характеризуется подошвенным налеганием и подошвенным прилеганием. Границы СК, найденные благодаря выделению угловых несогласий, удается экстраполировать в области кажущегося согласного залегания слоев. Скважинные данные позволяют более обоснованно расчленить сейсмическую информацию и установить стратиграфическую приуроченность и литологию в пределах каждого СК.