Для поисков каких полезных ископаемых применяется сейсморазведка
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 11 июля 2018; проверки требуют 17 правок.
Сейсмический глубинный разрез
Сейсморазвѐдка — раздел разведочной геофизики, основанный на регистрации искусственно возбуждаемых упругих волн и извлечении из них полезной геолого-геофизической информации[1]. Зародилась в начале 1920-х годов[1]. При помощи сейсморазведки изучается глубинное строение Земли[1], выделяются месторождения полезных ископаемых (в основном нефти и газа)[1], решаются задачи гидрогеологии и инженерной геологии, проводится сейсмическое микрорайонирование. Сейсморазведка отличается высокой разрешающей способностью, технологичностью и большим объёмом получаемой информации.
Общая информация[править | править код]
В основе сейсмических методов лежит возбуждение упругих волн при помощи технического устройства или комплекса устройств — источника. Источник создаёт в толще горных пород избыточное давление, которое компенсируется средой в течение некоторого времени. В процессе компенсации связанные частицы пород совершают периодические колебания, передаваемые в глубь земли упругими волнами. Важнейшим свойством волны является её скорость, зависящая от литологического состава, состояния горных пород (трещиноватости, выветрелости и т. д.), возраста, глубины залегания.
Распространяясь в объёме горных пород, упругие волны попадают на границы слоёв с различными упругими свойствами, изменяют направление, углы лучей и амплитуду, образуются новые волны. На пути следования волн размещаются пункты приёма, где при помощи сейсмоприемников принимаются колебания частиц и преобразуются в электрический сигнал.
Работы методом преломлённых волн в штате Оклахома (Компания Сейсмос, 24.07.1923)
Пункты приёма, применяемые для регистрации волн от одного пункта возбуждения(источника) образуют расстановку[2]. В зависимости от размерности сейсморазведки расстановки имеют форму прямой линии (2D сейсморазведка) или блока параллельных приёмных линий (3D сейсморазведка)[3]. Графики записанных колебаний(трассы) группируются в сейсмограммы и анализируются для нахождения свойств волн.
Из полученных сейсмограмм извлекается геолого-геофизическая информация о сейсмогеологических границах. Наиболее эффективна сейсморазведка при изучении осадочного чехла древних платформ, поскольку его горизонтально-слоистое строение наиболее просто находится по сейсмическим данным. С увеличением наклона целевых геологических границ надежность получаемой сейсморазведкой информации падает.
Возбуждение упругих волн[править | править код]
Вибрационный сейсморазведочный источник
Для возбуждения колебаний применяются взрывы зарядов тротила в неглубоких скважинах (10-20 м) а также длительное (вибрационное) или короткое (импульсное) ударное воздействие на горные породы. Взрывные источники характеризуются наибольшей мощностью и компактностью, при этом требуют дорогостоящих подготовительных и ликвидационных работ, а также наносят большой урон окружающей среде. В 1956-88 годах в СССР и Индии использовались «мирные» подземные ядерные взрывы[4][5] для целей глубинного сейсмического зондирования земной коры и верхней мантии[6].
Невзрывные источники гораздо слабее, но могут использоваться многократно в одной и той же точке, более управляемы, а также безопаснее для человека и экологии.
Источник возбуждает два типа независимых сейсмических волн — продольные и поперечные. С продольными волнами связаны колебания, направленные вдоль луча волны, а с поперечными — поперек.
Сейсмограмма, полученная Людгером Минтропом
Прямой волной называется продольная или поперечная волна, распространяющаяся непосредственно от источника к точке наблюдения. Продольные волны характеризуются большими скоростями, приходят в любую точку среды раньше поперечных, распространяются практически в любых веществах.
Модель среды и волновое поле[править | править код]
Горные породы характеризуются различными скоростями распространения упругих волн. Параметр скорости определяется упругими константами и плотностью горной породы, а они в свою очередь зависят от минерального состава, пористости, трещиноватости и глубины залегания[7][8][9].
По значению скорости упругой волны геологический разрез разделяется на относительно однородные слои горных пород, на границах которых скорость меняется скачком. Как правило, границы областей с различными физическими свойствами совпадают с геологическими границам, что используется при интерпретации сейсмических данных.
Наличие резких границ раздела между пластами приводит к образованию вторичных волн — отраженных, проходящих и преломленных. Интенсивность вторичных волн зависит от контрастности границы по упругим свойствам. Чем сложнее строение изучаемой геологической среды, тем больше волн образуется на её границах раздела. Все вместе они образуют вторичное волновое поле — объект измерения в сейсморазведке.Если вторичные волны содержат информацию о целевых геологических границах и успешно регистрируются на поверхности земли или в стволе скважины, то они называются полезными. По типу выделяемых полезных волн в сейсморазведке различают методы отраженных и преломленных волн.
Приём колебаний[править | править код]
Основным измерительным устройством в сейсморазведке служит сейсмоприемник, преобразующий механические колебания упругих волн в электрический ток переменного напряжения. При перемещении частиц горных пород вблизи корпуса приемника в нём вырабатываются электрические импульсы, которые затем откладываются на оси времени. Получаемые зависимости называются графиками колебаний или сейсмотрассами.
Сейсмотрассы объединяются в сейсмограммы — первичный полевой материал сейсморазведки . Сигналы от приемников подвергаются предобработке — усилению, фильтрации нежелательных колебаний и преобразований в цифровую форму. По независимым информационным каналам данные с точек наблюдения поступают в единый центр — сейсмическую станцию, где представляются в удобной для оператора форме.
Сейсмическая станция представляет единый информационно-измерительный комплекс, предназначенный для объединения данных с сейсмоприемников, их предобработки, визуального анализа и сохранения на устройство памяти.
Системы наблюдений[править | править код]
Для эффективного прослеживания целевых сейсмогеологических границ применяются типовые способы установки и перемещения пунктов возбуждения и приема колебаний — системы наблюдений. Типичной системой наблюдений является пункт возбуждения, c которого упругие волны регистрируются расстановкой, состоящей из 100—300 пунктов приема — каналов сейсмостанции. Пункт возбуждения обычно располагается в центре расстановки приемника и для получения новой сейсмограммы перемещается на расстояние в 25-50 м. Интервал между пунктами приема также выбирается равным 25-50 метров. Параметры расстановки при перемещении по профилю не изменяются для облегчения дальнейшей автоматизированной обработки данных.Описанная система наблюдений позволяет выделять целевые границы с достаточной надежностью, которая обеспечивается избыточностью получаемой информации. Например, при использовании 240 пунктов приема в расстановке количество сейсмострасс на одну точку границы может достигать 120. Правильный выбор системы наблюдений позволяет без лишних затрат получать необходимую информацию о строении интересующей части геологической среды.
Обработка и интерпретация[править | править код]
Получаемые в процессе полевых работ сейсмограммы содержат значительную долю нежелательных волн-помех и мешающих колебаний, а полезные волны неудобны для интерпретации. Поэтому первичные сейсмограммы обрабатываются с использованием самой современной компьютерной техники. В результате выполнения процедур обработки сейсмограммы преобразуются во временной или глубинный разрез — материал для геологического толкования. По известным признакам на полученных разрезах выделяются аномальные участки, с которыми связываются скопления полезных ископаемых.
Методы сейсморазведки[править | править код]
Методы сейсморазведки различаются по типу используемых полезных волн, по стадии геологоразведочного процесса, по решаемым задачам, по способу получения данных, по размерности, по типу источника колебаний и частоте колебаний целевых волн.
По типу используемых волн выделяются:
Метод отраженных волн (МОВ)[править | править код]
Основан на выделении волн, однократно-отраженных от целевой геологической границы. Наиболее востребованный метод сейсморазведки[10], позволяющий изучать геологический разрез с детальностью до 0,5 % от глубины залегания границы.Используется в сочетании с методикой многократных перекрытий, в которой для каждой точки границы регистрируется большое количество сейсмических трасс. Избыточная информация суммируется по признаку общей средней или глубинной точки (ОСТ или ОГТ). Метод общей глубинной точки значительно расширяет возможности МОВ и применяется в большинстве сейсморазведочных работ.
Годографы волн в первых вступлениях
Метод преломленных волн (МПВ)[править | править код]
Ориентирован на преломленные волны, которые образуются при падении волны на границу двух пластов под определенным углом. При этом образуется скользящая волна, распространяющая со скоростью нижележащего пласта. МПВ используется только для решения специальных задач из-за существенных ограничений метода.
Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП)[править | править код]
Классификация[править | править код]
Стадии сейсморазведки[править | править код]
- Глубинное сейсмическое зондирование;
- Региональная сейсморазведка;
- Поисковые работы;
- Детализационные работы;
- Разведка месторождений;
- Доразведка и геотехнические исследования;
Направления[править | править код]
- Нефтегазовая сейсморазведка;
- Рудная сейсморазведка[11];
- Угольная сейсморазведка;
- Инженерная сейсморазведка;
Разновидности[править | править код]
По способу получения данных[править | править код]
- Наземная сейcморазведка;
- Акваториальная сейсморазведка(морская, речная, озёрная и болотная, исследования в транзитной зоне);
- Скважинная сейсморазведка[12];
- Петрофизика;
По размерности[править | править код]
- 1D — источник и приёмник совмещены;
- 2D — источник и приёмник находятся на одной прямой линии;
- 3D — приёмники расставлены по площади/
По типу источника[править | править код]
- взрывная;
- вибрационная;
- невзрывная импульсная сейсморазведка.
По частоте волн[править | править код]
- низкочастотная (1-10 Гц);
- средне-частотную(10-100 Гц);
- высокочастотную(>100 Гц);
Недостатки[править | править код]
- Негативное влияние и вред, приносимый экосистеме изучаемых территорий (флоре и фауне)
- Низкая применимость на сложных рельефах
- Низкая эффективность на территориях с горизонтами солей
- Отсутствие возможности определить качество залежи в выявленных структурах
Известные учёные-сейсморазведчики[править | править код]
- Гамбурцев, Григорий Александрович (CCCР)
- Рябинкин, Лев Александрович (CCCР)
- Пузырёв, Николай Никитович (СССР и Россия)
- Людгер Минтроп (Германия, США)
- Потапов Олег Александрович (СССР)
- Ловля, Сергей Александрович (СССР)
См. также[править | править код]
- Вертикальное сейсмическое профилирование
- Низкочастотное сейсмическое зондирование
- Морская арктическая геологоразведочная экспедиция
Ссылки[править | править код]
- Geophysical Exploration в каталоге ссылок Open Directory Project (dmoz)
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 3 4 Илья Исидорович Гурвич. Сейсморазведка. — Гос. научно-техн. изд-во лит-ры по геологии и охране недр, 1954-01-01. — 354 с.
- ↑ Владимир Васильевич Палагин, Александр Яковлевич Попов, Петр Исаакович Дик. Сейсморазведка малых глубин. — Недра, 1989. — 224 с.
- ↑ Роберт Михайлович Бембель. Высокоразрешающая объемная сейсморазведка. — Наука. Сиб. отд-ние, 1991-01-01. — 154 с.
- ↑ ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ.
- ↑ Бармасов Александр Викторович. Курс общей физики для природопользователей. Колебания и волны. — БХВ-Петербург, 2009. — 245 с. — ISBN 9785941577309.
- ↑ [https://www.iki.rssi.ru/earth/articles06/vol2-225-241.pdf Камуфлетные взрывы как причина формирования структур,
индицирующих алмазоносные районы
(по материалам дистанционных и геофизических методов)]. - ↑ А. К. Урупов. Изучение скоростей в сейсморазведке. — Рипол Классик, 2013-02. — 225 с. — ISBN 9785458533362.
- ↑ Э. Сианисян, В. Пыхалов, В. Кудинов. Петрофизические основы ГИС. — Litres, 2019-01-03. — 126 с. — ISBN 9785041266523.
- ↑ Руководство по определению напряженного состояния горных пород в массиве ультразвуковым методом. — 1970. — 88 с.
- ↑ Александр Николаевич Телегин. Сейсморазведка нефтегазоносных структур Сахалина. — ДВНЦ АН СССР, 1986-01-01. — 206 с.
- ↑ Владимир Васильевич Палагин, Александр Яковлевич Попов, Петр Исаакович Дик. Сейсморазведка малых глубин. — Недра, 1989-01-01. — 224 с.
- ↑ Николай Никитович Пузырев, Институт геологии и геофизики (Академия наук СССР), Сибирская геофизическая экспедиция (Совиет Унион), НПО “Нефтегеофизика” (Совыет Юнион). Многоволновая сейсморазведка: тезисы докладов Всесоюзного совещания, 3-6 сентября 1985 г., г. Новосибирск. — Ин-т геологии и геофизики СО АН СССР, 1985-01-01. — 154 с.
Раздел разведочной геофизики, основанный на регистрации искусственно возбуждаемых упругих волн и извлечении из них полезной геолого-геофизической информации
Сейсмическая разведка (сейсморазведка, seismic exploration) – один из ведущих геофизических методов исследования структуры, строения и состава горных пород.
Это раздел разведочной геофизики, основанный на регистрации искусственно возбуждаемых упругих волн и извлечении из них полезной геолого-геофизической информации.
Понятие появилось в начале 1920х гг.
Сейсмическая разведка используется для создания графического представления подземной геологической структуры Земли, что позволяет разведочным компаниям точно и с минимальными затратами оценивать площадь с точки зрения ее нефтегазодобывающего потенциала.
При помощи сейсморазведки изучается глубинное строение Земли, выделяются месторождения полезных ископаемых (в основном нефти и газа), решаются задачи гидрогеологии и инженерной геологии, проводится сейсмическое микрорайонирование.
Поиск месторождений нефти и природного газа – наиболее эффективная сфера применения сейсморазведки.
Особенно важна роль сейсморазведки при поисках залежей углеводородов на море.
Здесь сейсморазведка является не только практически единственным, но и весьма эффективным методом исследований.
Именно поэтому объемы морских сейсморазведочных работ в мире в настоящее время более чем в 4 раза превышает объемы работ на суше.
При этом объемы сейсморазведочных работ, выполняемых на море, растут из года в год.
Сейсморазведка отличается надежностью, высокой разрешающей способностью, технологичностью и громадным объемом получаемой информации.
На суше площади разведки часто охватывают многие 1000 км2.
В основе сейсморазведочных систем лежат огромные сети из тысяч высокочувствительных узлов сейсмических датчиков.
Эти сети датчиков располагаются на поверхности исследуемой области и собирают данные из недр под ними, которые впоследствии преобразуются в изображения.
Эти изображения затем анализируются, чтобы увидеть, где могут находиться резервуары нефти или газа, прежде чем начнется любое разведочное бурение.
Сегодняшний стандартный подход к развертыванию этих сетей заключается в подключении каждого датчика с помощью кабелей.
Огромное количество необходимых кабелей делает развертывание и логистику сложными, а транспортировку и обслуживание дорогостоящими.
В основе сейсмических методов лежит возбуждение упругих волн при помощи технического устройства или комплекса устройств – источника.
Источник создаёт в толще горных пород избыточное давление, которое компенсируется средой в течение некоторого времени.
В процессе компенсации связанные частицы пород совершают периодические колебания, передаваемые в глубь земли упругими волнами.
Важнейшим свойством волны является её скорость, зависящая от литологического состава, состояния горных пород (трещиноватости, выветрелости и т. д.), возраста, глубины залегания.
Распространяясь в объеме горных пород, упругие волны попадают на границы слоев с различными упругими свойствами, изменяют направление, углы лучей и амплитуду, образуются новые волны.
На пути следования волн размещаются пункты приёма, где при помощи сейсмоприемников принимаются колебания частиц и преобразуются в электрический сигнал.
Пункты приёма, применяемые для регистрации волн от одного пункта возбуждения(источника) образуют расстановку.
В зависимости от размерности сейсморазведки расстановки имеют форму прямой линии (2D сейсморазведка) или блока параллельных приёмных линий (3D сейсморазведка).
Графики записанных колебаний(трассы) группируются в сейсмограммы и анализируются для нахождения свойств волн.
Из полученных сейсмограмм извлекается геолого-геофизическая информация о сейсмогеологических границах. Наиболее эффективна сейсморазведка при изучении осадочного чехла древних платформ, поскольку его горизонтально-слоистое строение наиболее просто находится по сейсмическим данным.
С увеличением наклона целевых геологических границ надежность получаемой сейсморазведкой информации падает.
Методы сейсморазведки различаются по типу используемых полезных волн, по стадии геологоразведочного процесса, по решаемым задачам, по способу получения данных, по размерности, по типу источника колебаний и частоте колебаний целевых волн.
По типу используемых волн выделяются:
1. Метод отраженных волн (МОВ)
Основан на выделении волн, однократно-отраженных от целевой геологической границы. Наиболее востребованный метод сейсморазведки, позволяющий изучать геологический разрез с детальностью до 0,5 % от глубины залегания границы.
Используется в сочетании с методикой многократных перекрытий, в которой для каждой точки границы регистрируется большое количество сейсмических трасс.
Избыточная информация суммируется по признаку общей средней или глубинной точки (ОСТ или ОГТ).
Метод общей глубинной точки значительно расширяет возможности МОВ и применяется в большинстве сейсморазведочных работ.
2. Метод преломленных волн (МПВ)
Ориентирован на преломленные волны, которые образуются при падении волны на границу 2х пластов под определенным углом. При этом образуется скользящая волна, распространяющая со скоростью нижележащего пласта. МПВ используется только для решения специальных задач из-за существенных ограничений метода.
3. Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП)
Разновидность 2D-сейсморазведки, при проведении которой один из 2х элементов (источник или приемник сейсмических волн) располагается на поверхности, а другой элемент помещается в пробуренную скважину.
Классификация:
Стадии сейсморазведки
- Глубинное сейсмическое зондирование;
- Региональная сейсморазведка;
- Поисковые работы;
- Детализационные работы;
- Разведка месторождений;
- Доразведка и геотехнические исследования.
Направления
– Нефтегазовая сейсморазведка;
– Рудная сейсморазведка;
– Угольная сейсморазведка;
– Инженерная сейсморазведка.
Разновидности
По способу получения данных
– Наземная сейcморазведка;
– Акваториальная сейсморазведка(морская, речная, озёрная и болотная, исследования в транзитной зоне);
– Скважинная сейсморазведка;
– Петрофизика.
По размерности
– 1D — источник и приёмник совмещены;
– 2D — источник и приёмник находятся на одной прямой линии;
– 3D — приёмники расставлены по площади.
По типу источника
– взрывная;
– вибрационная;
– невзрывная импульсная сейсморазведка.
По частоте волн
– низкочастотная (1-10 Гц);
– средне-частотную (10-100 Гц);
– высокочастотную (>100 Гц).
В результате структурных геолого-геофизических исследований практически все перспективные на нефть и газ районы на суше и морском шельфе выявлены. В этих районах, начиная с более перспективных, ведутся площадные поисково-разведочные сейсмические работы методом МОВ – МОГТ.
По условиям формирования и залегания нефтяные месторождения располагаются на глубинах 1,5 – 4 км, а газовые – на глубинах 3 – 6 км.
Главное назначение сейсморазведки – поиск структур, благоприятных нефтегазонакоплению. Их называют ловушками. Это такие зоны осадочных (реже изверженных) пород, в которых имеются пористые породы (коллекторы), например, пески, трещиноватые скальные породы, перекрытые непроницаемыми породами (экранами), например, глинами.
Основными типами ловушек являются: антиклинальные или куполовидные поднятия, приуроченные к сбросам толщи коллекторов, рифогенные (известковые) выступы, соляные купола, зоны выклинивания, стратиграфические несогласия, древние долины и другие.
Все они при высоком качестве проведения полевых работ и цифровой обработке информации визуально прослеживаются на разрезах: временных по данным МОВ (лучше МОГТ) и глубинных (МОВ – МОГТ), на структурных картах по кровле опорных горизонтов, на картах мощностей коллекторов или экранов. Точность в определении глубин должна быть не менее 100 м.
Разведка структур проводится сложными интерференционным системами МОГТ в сочетании с сейсмоакустическими исследованиями поисковых скважин.
Точность в определении изменений мощностей пород в ловушках должна достигать 25 м.
В результате детальной сейсморазведки выявляются местоположение структур и их глубины, где возможно скопление нефти или газа (таких в среднем 1/3).
Прямые поиски нефти и газа в выявленных ловушках – задача очень сложная. Она требует детального анализа кинематики (скоростей) и динамики (затуханий) сейсмических волн (например, отношение является индикатором флюидонасыщенности).
Прямые поиски более эффективны, если сейсморазведка комплексируется с высокоточной гравиразведкой, электромагнитными зондированиями, термическими и ядерными исследованиями в неглубоких скважинах. Разумеется, необходимо вести бурение самых перспективных структур. При благоприятном исходе такие скважины становятся промышленными для добычи нефти и газа.
Осенью 2018 г. Роснефть разработала инновационную технологию в области сейсморазведки, основанную на интерпретации рассеянных волн.
Новая технология позволяет фиксировать и интерпретировать рассеянные волны – особый тип сейсмических волн, которые связаны с местами скопления углеводородов.
Методы сейсморазведки на рассеянных волнах позволяют выявить трещинные зоны и зоны с аномальным пластовым давлением (АПД), что характерно для месторождений Восточной Сибири.
Говоря простым языком сейсморазведки, комплексная интерпретация поля рассеянных волн (метод престековой миграции) базируется на математически точном решении обратной задачи рассеяния в акустическом приближении по данным многократных перекрытий.
При интерпретации поля рассеянных волн из-за отсутствия данных о коллекторах не строится карта качества коллектора целевого горизонта, а выполняются построения карты прогнозных дебитов нефти из трещинно-кавернозных резервуаров.
Параметрами для построения такой карты служат амплитуды рассеянных волн, характеризующие качество трещинно-кавернозного коллектора и начальные дебиты углеводородов из продуктивных пластов.
Для построения карты прогнозных дебитов находится количественная связь между значениями амплитуд рассеянных волн и значениями дебитов углеводородов.
Точность прогноза дебита – порядка 70 %, но вместе с временными разрезами рассеянных волн они могут служить основой при определении точки бурения поисково-разведочных и эксплуатационных скважин в зонах развития трещинно-кавернозных коллекторов.
Это позволяет повысить эффективность разведочного и эксплуатационного бурения на месторождениях со сложным геологическим строением, в которых, по самым скромным оценкам, содержится порядка 30% мировых запасов углеводородов.
На сегодняшний день технология уже применяется на месторождениях Роснефти в Красноярском крае, Иркутской области и Ненецком автономном округе.
Выявление залежей нефти и газа по данным сейсморазведки позволяет повысить эффективность бурения в среднем до 5%.