Оценка информативности векторных анизотропных карт на основе комплексирования сейсмических, скважинных и региональных данных

Т.В. Ольнева, Д.Г. Семин, И.Ю. Богатырев, К.А. Ежов, А.Н. Иноземцев

Журнал «Геофизика»

В период с 2016 по 2017 год авторы статьи участвовали в реализации проекта по опробованию технологии полноазимутальной угловой миграции EarthStudy360® (ES360) и AVAz-инверсии в процессе исследования донеогенового основания на одном из месторождений Республики Сербии. Одним из заявленных технологических преимуществ обозначенного подхода является возможность прогноза направления стресса (напряженности среды) и интенсивности трещиноватости. Целью данной статьи является всесторонний анализ нового интерпретационного подхода – построение векторных карт, а также сопоставление результатов, полученных по разным методам исследований, включая региональные обобщения и изучение скважинных данных. В статье детально описаны отдельные интерпретационные приемы. Комплексирование полезной информации позволяет сделать заключение о доминирующем северо-восточном направлении стресса, которое находит свое отражение в разных масштабах геологической среды.

ВВЕДЕНИЕ

Исследование неоднородности среды в процессе обработки полноазимутальных и широкоазимутальных (СMP Ratio – L/W > 0,7) сейсмических данных, получение дополнительных массивов информации (атрибутов) при выполнении AVAz-инверсии диктуют необходимость внедрения новых методик интерпретации и адаптации уже существующих подходов. В противном случае полученная ценная информация может оказаться невостребованной. Повышенное внимание к выявлению признаков анизотропии волнового поля, таких как эффект «клюшки» для VTI/TTI-вариантов или эффект «квазисинусоиды» для HTI-варианта анизотропии, связано прежде всего с обозначенной теоретической возможностью прогноза трещиноватости по результатам сейсмических исследований на том основании, что распространение волны вдоль и вкрест трещин происходит с разной скоростью [5, 10]. Если необходимость учета анизотропных параметров в процессе выполнения миграционных преобразований для получения более качественного сейсмического изображения уже никто не ставит под сомнение, то к возможности прогноза трещиноватости у практиков остается пока много вопросов [6, 11, 12].

Одним из относительно новых технологических приемов интерпретации является построение на основе азимутальных атрибутов векторных карт, которые, как заявлено производителями программного обеспечения, передают информацию об интенсивности и направлении стресса (напряженности среды), а также относительной плотности трещин и их азимутальной ориентации.

Целью настоящей работы является комплексный анализ и оценка информативности векторных карт, полученных в процессе интерпретации результатов AVAz-инверсии, их сопоставление с результатами других интерпретационных подходов, с интерпретацией скважинных данных и региональными исследованиями.

Методология

При исследовании донеогенового основания на одном из месторождений Республики Сербии в 2016 году было выполнено опробование технологии глубинной полноазимутальной угловой миграции EarthStudy360® (Koren and Ravve, 2011), включая оценку анизотропии типа HTI по результатам VVAz- и AVAz-инверсии (Canning and Malkin, 2009) [8, 13]. Параметры сейсмической съемки полностью соответствовали требованиям применения данной технологии.

В процессе глубинной обработки сейсмических данных и анализа мигрированных рефлекционных полноазимутальных угловых сейсмограмм были зарегистрированы сейсмические эффекты анизотропии типа HTI (горизонтально-поперечной изотропии) и подтверждена анизотропная модель среды (рис. 1).


Рис. 1. Регистрация вблизи скважины сейсмического эффекта анизотропии типа HTI на мигрированных рефлекционных полноазимутальных угловых сейсмограммах в виде осцилляции в отраженных сигналах (эффект «квазисинусоиды»).
Полноазимутальная рефлекционная сейсмограмма представлена в сортировке: фиксированные диапазоны углов раскрытия – все азимуты. На профиле для масштаба подписаны номера инлайнов, шаг – 20 метров

После полного цикла обработки данных по технологии ES360 в качестве исходных данных в интерпретацию были переданы: кубы зеркальной и дифракционной (рассеянной) компоненты, полученные по дирекционным угловым сейсмограммам, кубы атрибутов DAC (DIP, Azimuth, Continuity); куб амплитуд, полученный по рефлекционным угловым сейсмограммам, кубы атрибутов кинематической VVAz (RMOz) инверсии: Alpha Slow, Delta Alpha, Anisotropic Slow Azimuth, Anisotropy Intensity (Reliаbility). Кроме атрибутов кинематической инверсии, были рассчитаны с использованием амплитудной AVAz-инверсии кубы атрибутов: Anisotropic Gradient, Anisotropy Orientation, Anisotropy Intensity (Reliability), а также кубы AVA-инверсии: Normal Incidence Reflectivity, Gradient (Isotropic).

Таким образом, простое перечисление массивов данных, полученных по завершении процесса полноазимутальной обработки, наглядно иллюстрирует необходимость поиска эффективных приемов для их осмысления на этапе интерпретации.

Экспресс-анализ азимутальных характеристик был выполнен на атрибутах VVAz – Anisotropic Slow Azimuth и AVAz – Anisotropy Orientation. Распределение значений азимутальных атрибутов наглядно демонстрирует два ключевых направления (рис. 2). Оба параметра имеют диапазон значений от 0 до 180 градусов, ноль соответствует северу, направление отсчетов – по часовой стрелке. Гистограмма значений атрибута AVAz Anisotropy Orientation демонстрирует два максимума в диапазоне значений 30–40 градусов и 120–130 градусов. Установлен факт, что выявленное распределение наблюдается практически по всему разрезу с некоторой вариацией в соотношении интенсивности максимумов. Например, на уровне 300 мсек превалируют значения в области 120–130 градусов, глубже по разрезу доминируют значения в области 30–40 градусов. Атрибут Anisotropic Azimuth Slow (кинематический) имеет четкий максимум, соответствующий 30 градусам, и более «размытый» второй максимум в диапазоне от 110 до 170 градусов. На уровне, соответствующем фундаменту, атрибут становится неинформативным и поэтому исключен из дальнейшей интерпретации.


Рис. 2. Гистограммы значений анизотропных атрибутов: атрибут AVAz – Anisotropy Orientation (справа); VVAz – Anisotropic Slow Azimuth (слева).
Значения сняты с нескольких временных уровней: огибающая красного цвета – 500 мс, зеленого – 1000 мс, синего – 2000 мс. По горизонтальной оси – размерность в градусах, по вертикали – относительная частота встречаемости события

Экспресс-анализ выявленного распределения значений азимутальных атрибутов проводился путем их сопоставления с результатами интерпретации распределения некогерентных зон в массиве сейсмических данных. С этой целью еще до начала погоризонтной интерпретации тестировались объемные атрибуты Ant tracking (Schlumberger) и Сoherence (Paradigm). Визуальный анализ временных срезов (T-const) и анализ атрибутов в режиме прозрачности позволил определить ключевые направления предполагаемой разломно-трещинной сети.

В процессе получения первых вариантов сглаженной интерпретации горизонта, сопоставляемого с поверхностью палеозойского основания (ОГ PZ), обозначенный выше подход интерпретации объемных атрибутов получил развитие: объемный фрагмент сейсмических данных формировался с учетом гипсометрии горизонта и атрибут Ant tracking рассчитывался уже в его пределах. Такой прием локализации массива исходных данных позволил получить более качественный результат (атрибут) и применить к нему на следующем этапе процедуру автоматического извлечения разломов. После этой процедуры существует технологическая возможность создавать диаграмму, отображающую ключевые направления выявленных объектов (stereonet). В результате тестирования различных вариантов и работы с фильтрами удалось получить диаграмму, представленную на рисунке 3. Согласно этой диаграмме, доминирующее направление плоскостей, выявленных автоматически, составляет 110–120 градусов.


Рис. 3. Объемная визуализация куба Ant tracking в режиме прозрачности (верхний рисунок), автоматически извлеченные плоскости разломов и диаграмма, отображающая ключевое направление тектонических нарушений.
Площадь визуализированного фрагмента около 100 кв. км

Интерпретация отражений в приповерхностной части палеозойского основания имеет некоторую неопределенность, поэтому ключевые технологические подходы первоначально были протестированы в пределах полигона на более четкой акустической границе, соответствующей подошве регионального клиноформного комплекса отложений понтийского возраста. На этой границе четко проявляются кулисообразные разломы северо-восточного направления субширотной сдвиговой зоны. Результаты интерпретации по изложенному выше подходу для сравнения представлены на рисунке 4.


Рис. 4. Результат автоматического извлечения плоскостей разломов и диаграмма, отображающая ключевые направления тектонических нарушений в интервале базы проградации.
Размеры площади около 600 кв. км

Инструменты, позволяющие автоматически выделять разломы, были предложены интерпретаторам еще десять лет назад, но оказались не востребованы, поскольку даже при корректном извлечении объектов их редакция занимает необоснованно большое количество времени [6]. Однако упустили из виду, что эта процедура позволяет определиться с доминирующими тектоническими направлениями, доверяясь закону больших чисел, используя stereonet. По мнению авторов, в настоящее время этот инструмент интерпретации может стать востребованным.

Сопоставляя полученное доминирующее направление разломов с гистограммами азимутальных атрибутов, можно сделать вывод как минимум о непротиворечивости полученных данных. Предположительно, азимутальные атрибуты отображают направление распространения медленной волны. На уровне фундамента оно составляет 30–40 градусов. Допустим, что существуют субпараллельные события разломно-трещинной сети, сопоставимые с разрешающей способностью метода и формирующие явно выраженную анизотропию среды. В этом случае медленная волна преодолевает трещиноватость, ориентированную перпендикулярно ее распространению, и, следовательно, доминирующий азимут трещин составляет 110–120 градусов, что отвечает ключевому направлению на диаграмме, полученной по результатам процедуры автоматического извлечения разломов.

На этапе детальной интерпретации были построены векторные анизотропные карты. В соответствии с технологией ES360 векторные карты можно создавать на основе парных атрибутов. Первый вариант – на основе пар кубов атрибутов VVAz: Delta Alpha и Anisotropic Slow Azimuth. Второй вариант – на основе кубов атрибутов AVAz: Anisotropic Gradient и Anisotropy Orientation; Anisotropy Intensity и Anisotropy Orientation. По результатам оценки качества исходных данных вблизи ОГ PZ в работу были вовлечены атрибуты AVAz: Anisotropic Gradient и Anisotropy Orientation.

На первом шаге создания векторной анизотропной карты были получены карты (гриды) значений названных выше атрибутов путем экстракции значений из соответствующих кубов во временном интервале вблизи ОГ PZ (по алгоритму абсолютного среднего значения). Перед указанной процедурой обязательно выполнялся контроль качества информации. Так, например, экстрагирование азимутальных атрибутов по горизонту вследствие их специфики не требует коррекции базового горизонта. Перед извлечением атрибута Anisotropic Gradient необходимо «переподсадить» горизонт на выраженный экстремум в соответствии с привязкой отражения. Для получения качественного результата также важно перепроверить значения параметров и в случае необходимости отфильтровать несуществующие значения. Например, азимутальные атрибуты должны вписываться в значения от 0 до 180, но могут появляться краевые эффекты.

Второй шаг включал непосредственно расчет векторной анизотропной карты, в процессе которого в каждой точке двумерной сетки (грида) создается вектор. Длина вектора передает значение интенсивности анизотропии типа HTI, а азимутальное направление каждого вектора равно значению азимута оси симметрии HTI в этой точке. Если необходимо перейти от направления оси симметрии HTI к ориентации трещин, то для этого из куба Anisotropy Orientation необходимо через математические операции вычесть 90 градусов.

Анализ векторных карт проводился путем совместной визуализации с погоризонтными слайсами структурных атрибутов, атрибута Anisotropic Intensity (Reliability) и Anisotropic Gradient. Два основных направления сохраняются в соответствии с исходными доминирующими азимутами в базовых азимутальных атрибутах. Рисунок 5 демонстрирует фрагменты полученных карт. Обращает на себя внимание визуальная согласованность общего тренда в направлении векторов с направлением полигонов, передающих результаты интерпретации разломной тектоники.


Рис. 5. Фрагменты векторных карт. На картах в верхнем ряду векторы ориентированы в направлении стресса, совмещены с атрибутом Anisotropy Orientation (справа) и с атрибутом Anisotropic Gradient (слева). На картах в нижнем ряду вектора приведены к ориентации трещин, совмещены с атрибутом Anisotropy Orientation (справа) и с атрибутом Anisotropic Gradient (слева)

Наличие данных по скважинам обеспечило возможность комплексирования разномасштабной информации. В шести скважинах изучаемого месторождения были проведены методы ГИС, позволяющие изучать анизотропию физических свойств горных пород: скважинные микросканеры (или микроимиджеры) и ВАК (волновой акустический каротаж).

В результате анализа данных скважинных микросканеров был определен азимут максимального горизонтального стресса. Считается, что для этой цели можно использовать информацию о субвертикальных трещинах, формировавшихся в процессе бурения скважины. Амплитуда отображающих их синусоидальных кривых стремится к бесконечности, и вид этих трещин на микроимиджерах будет близок к вертикальным линиям [7, 15]. Азимут таких трещин в случае вертикальной скважины совпадает с азимутом максимального горизонтального стресса, который важен для проектирования горизонтальных скважин и планирования ГРП. В данном исследовании эта величина составляет 30±5 градусов.

Режимом напряжений для данного объекта является strike-slip. Данное заключение было сделано на основании комплексного анализа микросканеров, ВАК и ПГИ. Профиль максимального горизонтального стресса, величины, обладающей наибольшей неопределенностью в рамках геомеханического моделирования, возможно восстановить на основании анализа критически напряженных естественных трещин [2]. Для исследуемого интервала полученная величина превышает вертикальный (геостатический) стресс в 1,8–2,0 раза, что представляется достоверным, учитывая тектоническую картину в изучаемом регионе.

Направления естественных трещин в основном хаотично. Однако если рассматривать направление критически напряженных трещин, то оно совпадает или близко к азимуту максимального горизонтального стресса. Угол падения таких трещин находится в диапазоне от 30 до 60 градусов.

Акустическая анизотропия, определяемая по данным ВАК, связана с рядом влияющих факторов: анизотропией стрессов, выраженной сланцеватостью, наличием вывалов на стенках скважин, естественной и техногенной трещиноватостью. Значение азимута быстрой поперечной волны варьирует в диапазоне от 30 до 100 градусов. Таким образом, трещины, хоть и оказывают влияние на акустическую анизотропию в масштабе ГИС, но не являются единственным определяющим фактором. Однако, используя величину акустической анизотропии, в комплексе методов возможно классифицировать естественные трещины на проницаемые и непроницаемые, что позволяет в дальнейшем сфокусироваться на наиболее важных объектах и верно их интерпретировать. Коэффициент анизотропии в трещиноватых продуктивных интервалах составляет 2–3%. В случае наличия большого числа техногенных трещин заметно его увеличение до 4–5%.

Используя скважинные данные, можно с уверенностью говорить только про направление анизотропии стрессов, определяемой по косвенным проявлениям – техногенным субвертикальным трещинам (рис. 6). Режим напряжений является следствием данного анализа и может помочь в процессе реконструкции тектонической картины изучаемого региона. Направление акустической анизотропии в данных отложениях связано не только с трещиноватостью, но и с рядом других факторов, влияние которых не представляется возможным оценить количественно.


Рис. 6. Фрагмент векторной карты со стереограммами направления техногенных трещин по микросканерам (красный цвет) и стереограммами направления естественных трещин (синий цвет)

Обсуждение

Площадь изучения расположена в пределах Паннонского бассейна, который является одним из крупных элементов структурно-тектонического строения Альпийского орогена. Заложение Паннонской впадины большинство исследователей относят к раннему миоцену, указывается рубеж в 20–21 млн лет. В ее основании находится сложный набор блоков, которые условно сгруппированы в две плиты: Аlcapa и Тисса-Дакийский блок. Плиты разделены Средневенгерской разломной зоной, которая была сформирована в верхнеолигоценовое – раннемиоценовое время и имеет четко выраженное северо-восточное направление, так называемое балатонское направление [10, 14].

Месторождение приурочено к одному из блоков донеогенового основания, расположенного на границе плиты Тиссия и Вардарской зоны, двух значимых региональных тектонических элементов. Полоса контакта плиты Тиссии и Вардарской зоны в настоящее время на достаточно протяженном участке покрыта сейсмическими съемками 3D, степень изученности приближается к региональной. Их детальная интерпретация позволяет выделить основные системы тектонических нарушений: северо-восточного, северо-западного простирания, и сделать вывод о наличии сдвиговых дислокаций.

Анализ линеаментов в пределах Европы подверждает общие представления о существовании планетарной регматической решетки с едиными для всех континентов Земли тектоническими направлениями: субширотным, субмеридиональным, СВ – диагональным и СЗ – диагональным. Тем не менее по полученным диаграммам можно отметить преимущественное развитие субмеридионального и диагональных направлений (рис. 7) [1, 3].


Рис. 7. Ориентировка тектонолинеаментов континентов.
1 – Европа*; 2 – Восточная Европа*
* учитывались линеаменты длиннее 200 км [1]

Анализ неотектонических движений на глобальном (в пределах Европы) и региональном (в пределах Паннонского бассейна) уровнях демонстрирует преимущественно северо-восточное направление регионального стресса (Neoalpine tectonic map of Serbia, 1:500000, M. Marović, M. Toljć, L. Rundić, E. Milivojević).

На рисунке 8 демонстрируется карта стрессов по Европейскому региону, на которой также наглядно подчеркивается северо-восточное направление [http://www.world-stress-map.org/].


Рис. 8. Карта направлений стрессов по Средиземноморью и Центральной Европе.
Красный цвет – вертикальные разломы, зеленый – сдвиговые зоны, синий – надвиги, черный – не определен характер напряжений; http://www.world-stress-map.org/

Таким образом, обзор региональных данных еще раз подтверждает, что в регионе Паннонского бассейна северо-восточное направление является определяющим. В этой связи возникает вопрос о масштабе анизотропных явлений, которые находят свое отражение в сейсмических данных и выявляются в процессе применения технологии полноазимутальной угловой миграции EarthStudy360® и AVAz-инверсии. Высока вероятность того, что в волновом поле находит свое отражение текущий региональный стресс, поэтому вопрос прогноза трещиноватости горных пород, созданной более локальными событиями, остается открытым. Возможно, планируемые в последующем исследования по геомеханическому моделированию приведут к более точному пониманию закономерностей распределения трещиноватости пород на изучаемой площади.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе интерпретации сейсмических данных, полученных в процессе опробования технологии глубинной полноазимутальной угловой миграции EarthStudy360® (Koren and Ravve, 2011), включая оценку анизотропии типа HTI по результатам VVAz- и AVAz-инверсии, были построены векторные анизотропные карты. Карты строились на основе атрибутов AVAz: Anisotropic Gradient и Anisotropy Orientation. Критерии выбора атрибутов основывались на информативности параметра в интервале, сопоставимом с приповерхностной частью донеогенового основания.

В результате векторные карты демонстрируют преимущественно северо-восточное направление стресса и в соответствии с заявленной технологией перпендикулярное к нему северо-западное направление трещиноватости.

Авторы работы провели комплексный анализ разномасштабных данных для всесторонней интерпретации векторных карт. Направления векторов сопоставлялись с результатами классической интерпретации тектонических нарушений, результатами применения инструмента по автоматическому извлечению разломов, скважинными исследованиями и региональными изысканиями.

Сопоставление разномасштабных данных позволяет сделать вывод об устойчивом проявлении ключевых направлений северо-восточного и северо-западного направлений как на уровне региональных линеаментов, так и в сети разломов в пределах площади исследований. Северо-восточное направление, так называемое балатонское направление, является определяющим для региона в целом. Современный региональный стресс, учитывая данные GPS-системы, имеет также северо-восточное направление в пределах всего Европейского континента. Поэтому на текущем этапе исследований авторы делают заключение о значительном влиянии региональных стрессовых событий на отображение анизотропии в сейсмических данных и значительную проблематичность изучения локальной трещиноватости в пределах месторождения.

Благодарности

Авторы статьи выражают искреннюю благодарность руководству и специалистам НИС а.д. Нови Сад и НИС НТЦ (Сербия). Особая благодарность заместителю главного геолога по ГРР, развитию ресурсной базы и лицензированию Александру Евгеньевичу Родионову, главному геологу, директору дирекции по геологии и разработке месторождений Михаилу Алексеевичу Кузнецову, директору сектора по обработке сейсмических данных Виолете Йорович за всестороннюю поддержку, оказанную ими в процессе выполнения проекта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гончаров М.А., Талицкий В.Г., Фролова Н.С. Введение в тектонофизику. КДУ. Москва. 2005. 496 с.

2. Дубиня Н.В., Ежов К.А. Уточнение профилей горизонтальных напряжений в окрестности скважин по геометрическим характеристикам трещин в породах околоскважинного пространства. Геофизические исследования. Том. 18. № 2. 2017. С. 5–26.

3. Кац Я.Г., Полетаев А.И., Румянцева Э.Ф. Основы линеаментной тектоники. М.: Недра, 1986. 140 с.

4. Козлов Е.А. Модели сред в разведочной сейсмологии. Тверь: ООО «Издательство ГЕРС», 2006. 480 с.

5. Ольнева Т.В., Приезжев И.И. Новый инструмент тектонической интерпретации // Технологии сейсморазведки. № 3. 2006. C. 65–68.

6. Хромова И.Ю. Практическое сравнение методик прогноза трещиноватости по сейсмическим данным // Технологии сейсморазведки. № 2. 2010. С. 62–69.

7. Aadnoy B.S., Bell J.S. Classification of drill-induce fractures and their relationship to insitu stress directions. Log Analyst. 39. 1998. P. 27–42.

8. Canning A., Malkin А. Azimuthal AVA Analysis Using Full-Azimuth 3D Angle Gathers: SEG. Houston. 2009. International Explosition and Annual Meeting.

9. Grechka V. Applications of Seismic Anisotropy in the Oil and Gas Industry. EAGE Publication bv. 2009. 171 p.

10. Horvath F., Musitz В., Balazs A. Evolution of Pannonian basin and its geothermal resources. Geothermics. 53. 2015. P. 328–352.

11. Inozemtsev Alexander, Stepanov Igor, Galkin Alexander. Applying full–azimuth angle domain pre-stack migration and AVAZ inversion to study fractures in carbonate reservoirs in the Russian Middle Volga region. First Break. volume 31. February 2013. P. 79–83.

12. Konyushenko A., Shumilyak V., Solgan V. Inozemtsev A., Soloviev V. Using full-azimuth imaging and inversion in a belarus salt dome tectonic regime to analyze fracturing in Upper Devonian interest and subsalt carbonate reservoirs. First Break, September 2014. P. 81–89.

13. Koren Z., I. Ravve, E. Ragoza, A. Bartana and D. Kosloff. Full-azimuth angle domain imaging. 78th Annual International Meeting. SEG. Expanded Abstracrs. 2008. P. 2221–2225.

14. Schmid S., Bernoulli D., Fugenschuh B., Matenco L., Schefer S., Schuster R., Tischler M., Ustaszewski K. The AlpineCarpathian-Dinaridic orogenic system: correlation and evolution of tectonic units. Swiss Journal of Geosciences. 2008101. P. 139–183.

15. Zoback M.D., Barton C.A., Brudy M., Castillo D.A., Finkeiner T., Grollimund B.R., Moos D.B., Peska P., Ward C.D., Wiprut D.J. Determination of stress orientation and magnitude in deep wells. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2003. Vol. 40. P. 1049–1076.

Возврат к списку