1. Азимутальный пространственный AVO анализ продольных волн.
2. Многоволновая AVO инверсия в тонкослоистых средах.
3. AVO инверсия отражённых продольных волн на больших удалениях от источника.
Азимутальный пространственный AVO анализ продольных волн
AVOA анализ широко применяется для обнаружения зон повышенной трещиноватости, к которым часто бывают приурочены месторождения нефти и газа. Упорядоченная трещиноватость, преимущественно ориентированная по определенному азимуту, создаёт анизотропию среды. Система вертикальных азимутально-ориентированных трещин может быть описана моделью трансверсально-изотропной среды с горизонтальной осью симметрии.
В ИНГГ СО РАН разработан новый метод азимутального пространственного AVOA анализа (AVOA-space) продольных волн, который может применяться для изучения азимутальной анизотропии, связанной с направлением трещиноватости.
В отличие от традиционного посекторного AVOA анализа в этом методе используется пространственный подход к анализу амплитуд сейсмических волн, при котором весь набор данных, извлекаемых из 3D наблюдений продольных волн и относящихся к общей отражающей площадке, обрабатывается одновременно.
В алгоритме пространственного AVOA анализа параметры анизотропии среды и, в первую очередь, направление оси симметрии, определяются методом наименьших квадратов из аппроксимационного выражения Рюге для коэффициента отражения продольной волны.
Тестирование алгоритма проведено на модельных данных для обобщённой модели среды Юрубчено-Тохомской зоны. Целевым объектом являлся трансверсально-изотропный слой с горизонтальной осью симметрии, имитирующий трещиноватые рифейские отложения. Исследование точности и помехоустойчивости метода выполнено как на идеальной системе наблюдений с радиальным распределением приёмных линий, так и на реалистичной площадной системе. На рис. 1 приводится сравнительная оценка точности и помехоустойчивости двух методов анализа амплитуд – AVOA-space и стандартного (посекторного).
Полученные результаты убедительно демонстрируют преимущество пространственного подхода к азимутальному анализу амплитуд по сравнению с посекторным анализом. Показано, что алгоритм пространственного AVOA анализа обеспечивает высокую точность определения азимута оси симметрии (или ортогонального к нему направления трещин коллектора) на любых системах наблюдений при уровне шума до 50% от уровня полезного сигнала. Другие параметры аппроксимации коэффициента отражения определяются с меньшей точностью. Так, параметр , очень важный для определения плотности трещин, может быть вычислен с удовлетворительной точностью при уровне помех не выше 25%. Метод посекторного анализа амплитуд может давать сравнимую точность только при использовании идеализированной системы наблюдений – радиальные профили.
На вход алгоритма подаются среднеквадратичные амплитуды отражённой продольной волны, снятые в заданном окне анализа с сейсмограмм после графа обработки с сохранением амплитуд. На выходе алгоритма – азимут оси симметрии (или направление трещин коллектора) и другие параметры аппроксимации Рюге, по которым может быть определена плотность трещин.
Литература
Многоволновая AVO инверсия в тонкослоистых средах
Разрабатывается новый метод оценки параметров среды, содержащей тонкий слой (или тонкослоистую пачку), по данным многоволновой AVO инверсии. Входными данными алгоритма являются спектры отражённых продольных PP- и обменных PS-волн (алгоритм может работать также на одних продольных волнах). Применяя линеаризацию решения прямой задачи в предположении малости вариаций упругих свойств на границах, выведены приближённые формулы для характеристик отражения, являющихся двумерными функциями частоты и угла падения волны. Используется оптимизационный подход к решению обратной задачи и итерационный R-алгоритм (инверсия с предобуславливанием), дающий несмещённую оценку параметров среды.
Тестирование и исследование метода многоволновой AVO инверсии, проведённое с помощью численных экспериментов на различных моделях среды, позволило определить наборы сейсмических данных, которые необходимы для устойчивого решения обратной задачи. В частности, были определены оптимальные углы падения волны на тонкослоистую пачку, а также получены оценки разрешающей способности метода.
Метод апробирован также на реальных однокомпонентных 3D данных, полученных на Южно-Киняминском нефтяном месторождении в Западной Сибири. Целевыми объектами изучения являлись тонкослоистые нефтепродуктивные отложения верхней юры. На таких объектах классический AVO анализ не дает положительных результатов. Сложность задачи усугублялась тем, что очень слабое отражение от пласта Ю11 полностью перекрывалось мощной двухфазной волной Б, отражённой от баженовской свиты. Для решения обратной задачи были составлены две априорные четырёхслойные модели среды, далее определялись скорости VP, VS и плотности тонких пластов Ю11, Ю12 и мощность пласта Ю11.
Применение алгоритма многоволновой AVO инверсии позволило проследить изменение упругих параметров тонкослоистых нефтяных пластов Ю11 и Ю12 и мощности пласта Ю11 вдоль профиля. На рис. 2 показано изменение мощности пласта Ю11 и его скоростных параметров вдоль профиля, пересекающего нефтяную структуру. Мощность пласта Ю11 увеличивается к центру структуры, а скорость Vp падает примерно на 4 %, что связано с увеличением нефтенасыщенной мощности. По петрофизическим данным нефтенасыщение уменьшает значения Vp примерно на 5% по сравнению с водонасыщением.
Характер этих изменений не противоречит имеющимся геологическим представлениям. Использование наряду с продольными волнами обменных волн могло бы повысить устойчивость полученных оценок, однако регистрация X-компоненты на этой площади не проводилась. В то же время обработка реальных данных выявила целый ряд проблем, от решения которых существенно зависит эффективность работы алгоритмов AVO инверсии. Этими проблемами являются преимущественно процедуры AVO-препроцессинга: декомпозиция волнового поля, выделение частотных характеристик отражения из полного спектра наблюдённого волнового поля, определение формы исходного сигнала. Очень важным является хорошее качество наблюдённых данных, высокое отношение сигнал/помеха (не менее 5), оптимальные условия возбуждения и регистрации колебаний, обеспечивающие стабильность высокочастотной части спектра сейсмических записей.
Литература
3. Нефедкина Т.В., Бузлуков В.В., Волков Г.В. Определение параметров тонкослоистой продуктивной пачки по данным AVO-анализа продольных волн на Южно-Киняминском нефтяном месторождении в Западной Сибири. Сейсмические исследования земной коры: Сб. докл. Международной научной конференции, посвящ. 90-летию акад. Н.Н. Пузырева, Новосибирск, 23-25 ноября 2004 г., Новосибирск, Изд-во СО РАН, 2004, с. 319-326 (Электронное издание, № гос. рег. 0320401839).
AVO инверсия отражённых продольных волн на больших удалениях от источника
1.1. Плоские границы
Традиционная AVO инверсия не может успешно применяться для закритических отражений, поскольку ограничена умеренными углами падения волны и небольшими перепадами параметров на границах. При таких условиях для описания зависимости амплитуд от удаления можно использовать линеаризованные плоско-волновые коэффициенты отражения (PWRC). Известно, что PWRC корректно описывает явления отражения-преломления лишь на плоской границе раздела однородных сред. В реальных средах границы ведут себя сложным образом, что приводит к существенному усложнению поведения волнового поля на границах. Кроме того, в рамках лучевого метода нельзя корректно рассчитать волновое поле вблизи критической точки, где появляется головная волна, а также в закритической области, где отражённая и головная волны интерферируют.
Решить описанные выше проблемы позволяет эффективный коэффициент отражения (ERC) [Ayzenberg M. et al., 2009]. В работах [Skopintseva et al., 2009, 2011; Скопинцева, Нефедкина и др., 2010, 2011] предложен новый подход к AVO-инверсии с использованием эффективных коэффициентов отражения для теоретического описания AVO отклика. Разработан оптимизационный алгоритм и проведено его тестирование на модельных данных.
Для тестирования нового метода AVO инверсии использовались 3D синтетические данные PP отражений от плоской горизонтальной границы, разделяющей два упругих изотропных полупространства. Мы исследовали работу оптимизационного алгоритма на докритических удалениях (0-1500 м), на удалениях, включающих околокритическую область (0-2000 м) и на полном диапазоне удалений (0-5000 м). Предполагалось, что Vp2 известна из кинематики головной волны p2, определена из скважинных данных. Четыре неизвестных параметра (VP1, Vs2, p1, Vs2 ) определялись в процессе AVO инверсии.
На рис. 3 даётся сравнение результатов широкополосной (для набора частот) AVO инверсии, выполненной с использованием стандартного подхода PWRC (слева) и нового подхода ERC (справа). При использовании ERC относительные погрешности оценок параметров существенно уменьшаются с увеличением апертуры наблюдений и на удалениях до 5 км составляют менее 1%.
Таким образом, тестирование нового метода AVO инверсии на модельных данных показало, что применение ERC обеспечивает более высокую точность и стабильность оценок скоростей продольных и поперечных волн и плотностей по сравнению с PWRC. Включение околокритических и закритических удалений в AVO инверсию значительно повышает точность оценок параметров среды. Инверсия широкополосного AVO отклика обеспечивает большую стабильность оценок в присутствии помех по сравнению с одночастотным AVO откликом, требуя при этом более значительных затрат машинного времени на вычисления.
1.2. Криволинейные границы
В работах [Skopintseva et al., 2010, 2012 и Скопинцева, Нефедкина и др., 2011, 2012] мы обобщаем улучшенный подход к AVO инверсии, основанный на эффективных коэффициентах (ERC), на случай криволинейных границ. На примерах синтетических данных мы показываем, что точность AVO инверсии на больших удалениях от источника зависит как от кривизны и формы отражающей границы, так и от геометрии систем наблюдений.
Тестирование алгоритма проведено на X и Z компонентах 3D PP синтетического волнового поля, рассчитанного для криволинейных границ, разделяющих два изотропных однородных полупространства и имеющих гауссову форму. Рассмотрены два типа антиклинальных границ: изометрическая и линейная (вытянутой формы). Сейсмограммы ОГТ рассчитаны для трёх различных приёмных линий: поперёк линейной антиклинали (line 1); вдоль линейной антиклинали (line 2) и для изометрической антиклинали (line 3). Анализ проведён для точки ОГТ, находящейся на вершине антиклинальной структуры.
На рис.4 представлены результаты нелинейной AVO-инверсии, проведенной с использованием оптимизационного метода Нелдера-Мида для полного диапазона удалений. Предполагалось, что параметры верхнего слоя известны, определялись параметры нижнего слоя. Инверсия выполнена для трёх сценариев. В первом сценарии (Case 1) кривизна границы не учитывается; во втором сценарии (Case 2) кривизна границы учитывается только в геометрическом расхождении, тогда как при построении модельных AVO данных она игнорируется; в третьем сценарии (Case 3) кривизна границы учтена как в геометрическом расхождении, так в модельных AVO данных.
Из рис. 4 видно, что учёт кривизны границы в геометрическом расхождении обеспечивает значительное улучшение оценок параметров для line 1 и line 3. Учёт кривизны границы в модельных данных не даёт существенного улучшения результатов инверсии. Однако для умеренно криволинейных границ погрешности определения параметров колеблются для разных систем наблюдений в пределах 1-4%. Учет более сильных кривизн границы требует более точных аппроксимаций для ERC при вычислении модельных AVO данных. Исследования в этом направлении продолжаются и в настоящее время получена более точная модифицированная версия ERC.
Литература
2. Skopintseva L.V., Ayzenberg M.A., Landrø M., Nefedkina T.V., Aizenberg A.M., 2011, Long-offset AVO inversion of PP reflections from plane interfaces using effective reflection coefficients // Geophysics, Vol. 76, No. 6, p. c65-c79.
3. Скопинцева Л.В., Нефедкина Т.В., Айзенберг А.М., Айзенберг М.А., 2012, Влияние формы криволинейной границы и геометрии системы наблюдений на AVO инверсию закритических PP отражений. // ИНТЕРЭКСПО ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. научн. конгр.: Сб. материалов в 2 т., Новосибирск: СГГА, 2012., Т. 1, С. 58-62.
5. Скопинцева Л.В., Нефедкина Т.В., Айзенберг А.М., Айзенберг М.А., Ландро М., 2011, AVO инверсия закритических PP отражений от криволинейных границ // ИНТЕРЭКСПО ГЕО-Сибирь-2012. VII Междунар. научн. конгр.: Сб. материалов. Новосибирск: СГГА, 2011, Т. 2. Ч. 1, С. 63-67.
6. Скопинцева Л.В., Нефедкина Т.В., Айзенберг А.М., Айзенберг М.А., Ландро М., 2010, AVO-инверсия PP отражений на больших удалениях от источника, основанная на эффективных коэффициентах отражения // ИНТЕРЭКСПО ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. научн. конгр.: Сб. материалов. Новосибирск, СГГА. 2010, Т. 2. Ч. 2., С. 13-17.
7. Skopintseva, L.V., Ayzenberg, M.A., Landrø M., Nefedkina, T.V. and Aizenberg, A.M., 2009, Testing the performance of AVO inversion based on effective reflection coefficients on long offset synthetic PP data // 71th EAGE Conference & Exhibition, Amsterdam, Extended Abstracts, S022 (The Netherlands, 8-11 June 2009).
8. Скопинцева Л.В., Нефедкина Т.В., Айзенберг А.М., Айзенберг М.А., Ландро М., 2009, AVO-инверсия закритических отраженных продольных волн // Сейсмические исследования земной коры: Сб. докл. Всероссийской научной конференции. Новосибирск: ИНГГ СО РАН, 2011, С. 95-100.
