Рис. 1. Структурная карта по кровле доюрских отложений территории ХМАО
Кроме материалов площадных работ 752 сейсмических партий были привлечены данные по региональным профилям (17116 км) и по каркасной сети композитных профилей Фроловской (7888 км), Юганской (3702 км) и Шаимской (2055 км) зон, всего 30763 км профилей, а также данные по глубине залегания пород доюрского основания в 2757 скважинах. Несмотря на значительный объем информации, нижняя часть осадочного чехла на больших участках территории округа по-прежнему не охарактеризована сейсмической информацией и данными бурения.
Методика региональных структурных построений отработана в ЦРН в период с 1993 по 2002 годы В.И. Пятковым, сформировавшим цифровой структурный каркас осадочного чехла центральной части Западной Сибири. Методика предполагает построение по каждому отражающему горизонту карты изохрон, карты средних скоростей и структурной карты.
Задача построения карт изохрон в условиях, когда имеются большие невязки в значениях Т0 по горизонтам в крестах сейсмопрофилей, представляется неоднозначной. В настоящее время в таких случаях используется либо механизм «разбрасывания невязок», либо удаление части информации. При построении структурной карты по поверхности доюрского основания авторы применили несколько измененную методику. Основные отличия заключаются в следующем.
Вместо аппроксимации отражающего горизонта по значениям t0 на профилях применяется аппроксимация производных t0 по направлению профиля. Для построения карты изохрон это практически эквивалентные операции, поскольку две непрерывные поверх ности с одинаковыми в каждой точке производными различаются на константу. С точки зрения устойчивости решения задачи картирования, использование производных предпочтительнее, особенно на участках с разреженными данными:
производные более информативны, чем значения. Это легко видеть на примере с двумя точками, знание значений в которых позволяет провести прямую, тогда как знание производных дает возможность провести кривую, в том числе даже с экстремумом между точками, если производные имеют разные знаки. Поэтому при равных объемах наблюдений форма поверхности восстанавливается по значениям производных устойчивее, чем по значениям функции;
аппроксимация производных элиминирует проблему минимизации невязки t0 в крестах профилей сейсмопартий. Этой проблемы просто не существует, поскольку на каждом профиле учитывается только форма отражающего горизонта, а некоторый общий уровень, на который выводится согласованная форма горизонта, определяется из других соображений.
Этот подход ранее использован при построении региональных структурных карт по отражающим и стратиграфическим горизонтам Днепровско-Донецкой впадины.
Проблема согласованности формы отражающего горизонта по данным разных сейсмопартий на участках пересечения их площадей работ не имеет формального решения. Если данные двух партий противоречивы, то в зависимости от степени доверия к результатам этих сейсмопартий нужно отдавать предпочтение одной из них, понижая, например, вес данных другой сейсмопартии. Мы выбрали возможно упрощенный, но относительно формализованный способ – на участке перекрытия используются данные более поздних работ.
Уровень приведения восстановленной формы отражающего горизонта А первоначально планировалось определять по значениям t0 нескольких десятков сейсмопартий, равномерно распределенных по территории региона и являющихся – каждая в своем районе – наиболее поздними. В районах округа, не охарактеризованных имеющимися сейсмическими данными, планировалось использовать значения t0 ОГ А на региональных профилях. По рекомендации Г.М. Рещикова информация по региональным сейсмическим профилям использована в качестве уровня приведения на всей территории округа. С этой целью произведено прослеживание горизонта А на 17 тыс.км региональных профилей. Дополнительно использованы результаты прослеживания ОГ А по композитным псевдорегиональным профилям Фроловской, Юганской и Шаимской зон.
В связи с неравномерным покрытием территории округа имеющимися сейсмическими данными для построения карты на не охарактеризованных ими участках необходимо привлекать косвенную информацию. Обычно в ЦРН с этой целью используется карта по отражающему горизонту Б (см., например, [1]), построенная по данным наибольшего числа сейсмопартий. Поскольку авторы располагали двумя вариантами карт, построенных по заказу ЦРН непосредственно по ОГ А (генерализованная – В.К. Коркунов, В.М. Межаков, 2001 и среднемасштабная – С.Г. Кузменков, А.Н. Задоенко, 2001), в качестве косвенной информации в одном из вариантов построений использована одна из них, а именно – среднемасштабная сводная структурная карта. При окончательном построении структурной карты использованы фрагменты обеих сводных карт и карты изохрон по отражающему горизонту Б (В.И. Пятков, И.И. Одношевная, 2002).
При построении регионального цифрового структурного каркаса масштаба 1:200000 в ЦРН используется двухкилометровый шаг сетки аппроксимирующего сплайна. Это автоматически обеспечивает необходимую для данного масштаба генерализацию карты. При построении структурной карты по поверхности доюрских отложений авторы использовали более детальную сетку сплайна с шагом 500 метров, исходя из следующих соображений. Такая сетка позволяет восстановить мелкие детали морфологии отражающего горизонта, содержащиеся в информации сейсмических партий. Поэтому на площади работ конкретной сейсмопартии результирующая карта отражает, как правило, форму карты изохрон этой с/п – естественно при отсутствии противоречий с данными соседних партий. Генерализация детальной карты осуществляется выбором сечения изолиний, в необходи мых случаях могут также использоваться механизмы фильтрации.
Прослеживание горизонта А на региональных профилях. Отражающий горизонт А приурочен к границе стратиграфического несогласия между доюрским основанием и осадочным чехлом. Сейсмическая картина в интервале горизонта А определяется структурным планом поверхности несогласия и внутренней структурой разделяемых им комплексов. Это региональный динамически выраженный горизонт. Но корреляция отражений, отождествляемых с ним, на отдельных участках затруднена из-за дискретности и интерференционности записи, невыдержанности динамических характеристик, что обусловлено изменчивостью вещественного состава пород фундамента, шероховатостью и сложной морфологией границы, наличием большого количества тектонических нарушений, тонкослоистостью выше- и нижезалегающих отложений. Горизонт А обычно прослеживается по последним динамически выраженным волнам в низах осадочного чехла.
Корреляция отраженной волны А по сети региональных профилей выполнена в интерпретационном комплексе Integral Plus. Необходимо отметить, что в базе региональных профилей собраны сейсморазведочные материалы разных лет, начиная с 1976 года, полученные с применением различной регистрирующей аппаратуры, при различных условиях возбуждения сейсмических колебаний. Обрабатывающие комплексы и графы обработки сейсмических материалов разных лет также значительно отличаются друг от друга. Несмотря на все это, волновая картина на пересечениях профилей опознаваема. Часть представленных в базе временных разрезов имеет низкое качество. Есть небольшие участки, где из-за этого проследить отраженную волну А не удалось. Для более уверенного прослеживания проводился анализ толщи Б-А по всему объему профилей.
В целом качество временных разрезов, представленных в базе региональных профилей, позволило выполнить корреляцию отраженной волны А на всей территории ХМАО.
Граница между отложениями осадочного чехла и фундамента хорошо контролируется, как правило, сменой волновой картины на временных разрезах там, где имеют место приподнятые части (выступы) фундамента, а также в ряде случаев и в других структурных условиях, когда волновая картина в доюрском основании характеризуется серией крутонаклонных отражений, выходящих на предъюрскую поверхность с резким угловым несогласием. Довольно сложно, по мнению авторов, выполнить корреляцию отраженной волны А в прогибах, где получили развитие отложения промежуточного структурного этажа. На таких участках в интересующем нас интервале временного разреза наблюдается серия параллельных хорошо динамически выраженных отражений. В таких случаях появляется несколько вариантов корреляции, и без данных бурения практически невозможно однозначно определить положение горизонта А (большинство скважин, по которым сделана привязка в рамках данной работы, приурочено к поднятиям, т.е. к выступам фундамента). Сходимость выполненной корреляции отраженной волны А проверена построением карты невязок. Максимальная невязка в крестах региональных профилей составила 26 мс.
Пересмотр материалов по скважинам, вскрывшим доюрские образования. Отражающий горизонт А приурочен к кровле доюрского основания. Для его геологической идентификации в разрезах различных скважин бралась верхняя из следующих границ: кровля туринской серии, кровля коры выветривания или кровля неизмененных пород фундамента. При построении структурной карты по отражающему горизонту А (подошва осадочного чехла) использовались стратиграфические разбивки Интегрированной базы данных Научно-аналитического центра, выполненные разными авторами — (Белоусов С.Л., Елисеев В.Г., Мухер А.Г., Рубина Т.В. и др.). Всего в картопостроении участвовало более 2757 скважин, в том числе по территории ХМАО — 2563 скважины.
Предварительно был проведен анализ соответствия отметок доюрских образований, имеющихся в интегрированной БД Центра по различным авторам, и стратиграфических разбивок, использованных при составлении сводных структурных карт по отражающему горизонту А. Было установлено, что совпадение стратиграфических разбивок или незначительное (менее 10 метров) расхождение наблюдается в 1912 скважинах. Расхождение в разбивках от 10 до 20 м наблюдается в 663 скважинах, от 20 до 50 м — в 111 скважинах и более 50 м — в 71 скважине.
Значительное количество скважин, имеющих различные отметки доюрских образований у разных авторов, свидетельствует, с одной стороны, о недостатке информации по керну, который мог бы дать однозначный ответ, с другой, — о сложности и неоднозначности выделения этой границы методами ГИС и сейс мическими материалами, особенно в тех случаях, где под юрскими отложениями залегают эффузивно-осадочные толщи триаса (туринская серия).
В связи с этим был проведен пересмотр стратиграфических «разбивок» с целью установления наиболее достоверной отметки доюрских образований. При этом использовались: материалы комплекса ГИС (ПС, КС, ГК, НГК, НКТ, ИК, каверномер и т.д.) и поинтервальное описание керна. Полученные стратиграфические разбивки «увязывались» с данными сейсмических исследований. Дальнейшая корректировка данных проводилась путем картопостроения. Если какие-либо скважины не вписывались в общий структурный фон, они пересматривались еще раз и по возможности отметка доюрских образований уточнялась. Тем не менее, оставались скважины, по которым нельзя было принять однозначного решения. В этом случае брались разбивки того автора, которые вписывались в общий структурный фон и не противоречили геологической ситуации. В противном случае они исключались из структурных построений, хотя таких скважин было немного.
Таким образом, при построении структурной карты по отражающему сейсмическому горизонту А использовались стратиграфические разбивки различной степени достоверности. Разбивки высокой степени достоверности хорошо выделяются методами ГИС, нередко подтверждены керновыми данными и сейсмическими материалами. Таких разбивок преобладающее большинство, порядка 1950. Разбивки средней степени достоверности выделяются методами ГИС и сейсмическими материалами, но зачастую не подтверждены керном. Разбивки низкой степени достоверности неоднозначно выделяются методами ГИС и сейсмическими материалами и не подтверждены керном (71 скважина).
Увязка региональных и композитных профилей. При построении карты изохрон отраженной волны А в качестве каркаса, на уровень которого выводится форма горизонта, используются региональная сеть профилей и композитные профили по Юганской (А.Г. Кузнецов, А.Д. Боровых, 2002), Фроловской и Шаимской зонам (В.П. Игошкин, Д.П. Куликов, 2002). Результаты прослеживания отражающего горизонта А по перечисленным группам профилей не увязаны между собой. Максимальные невязки составляют 150–250 мс. Наибольшие расхождения наблюдаются во Фроловской и Юганской зонах (до 250 мс). Для минимизации расхождений в исходных данных (невязок) из композитных профилей были удалены участки (или профили целиком), совпадающие с региональной сетью профилей, после чего была выполнена автоматическая увязка оставшихся композитных профилей с региональной сетью. Для этого решалась задача картопостроения (с шагом сетки сплайна 3000 м), в которой данные по зонам использовались с оптимизацией по вертикальному сдвигу. На основе решенной задачи произведена корректировка исходных данных (введены вычисленные поправки) по композитным профилям.
После корректировки данных максимальные невязки составили: 80 мс – по Фроловской, 40 мс – Юганской и 70 мс — Шаимской зонам. Если до корректировки среднеквадратические отклонения составляли 4.5 мс – для региональной сети, 28 мс – для Фроловской зоны, 21 мс – для Юганской, Шаимской – 4.2 мс, то после корректировки они составили 4.2 мс, 3 мс, 3.4 мс, соответственно.
Учет данных сейсмопартий. В построениях используются данные о значениях t0 в пикетах 721 сейсмопартии, с которыми производятся следующие операции:
1. Определяются контуры каждой из сейсмопартий.
2. Значения t0 в пикетах каждого профиля аппроксимируются одномерным сплайном, после чего в пикетах рассчитываются первые производные по направлению профиля. Шаг аппроксимации значений t0 в пикетах профиля выбирается равным шагу картирования (т.е. 500 м). При таком шаге аппроксимации среднеквадратическое отклонение, рассчитанное по всем профилям, составляет 7.4 мс.
3. В областях пересечения сейсмопартий разных лет удаляются данные более ранних сейсмопартий.
Кроме того, используются данные по 10 с/п, представленные числовыми сетками из отчетов сейсмопартий. Сетки пересчитаны в общую систему координат и переаппроксимированы. По полученным локальным картам вычислены первые производные, которые использованы в общих построениях.
Построение карты изохрон. Наряду со значениями t0 отражающего горизонта А в пикетах региональных сейсмических профилей и производными времени, вычисленными в пикетах профилей площадных сейсмопартий, при построении карты изохрон (на участках отсутствия данных о значениях t0 отражающего горизонта А) привлекалась дополнительная информация:
Дежурная (регулярно обновляющаяся в ЦРН) карта изохрон по отражающему горизонту Б, построенная с шагом сетки сплайна 2 км.
Сводная среднемасштабная структурная карта по горизонту А, а также генерализованная сводная структурная карта по горизонту А.
Дополнительная информация используется только за пределами контуров сейсмопартий и участвует в задаче в качестве первых производных. Данные структурных карт по горизонту А входят в задачу с оптимизирующим множителем (=0.8), который соответствует средней разности в углах наклона карты изохрон и структурной карты.
Собственно построение карты изохрон отражающего горизонта А выполняется в два этапа. Первоначально строится генерализованная карта изохрон (тренд с шагом сетки 5000 м). На эту карту налагается условие «гладкости» (в смысле минимальной изменчивости градиента) и требование, чтобы искомая поверхность не выходила за пределы интервала значений t0 исходных данных. Все построенные генерализованные поверхности находились в пределах 200–3200 мс. Тренд используется в качестве подложки (по производным) при построении детальной карты изохрон.
На втором этапе строится детальная карта с шагом сетки 500 м с использованием всех вышеуказанных данных. Максимальные отклонения от композитных и региональных профилей находятся в пределах 35–70 мс. Следует заметить, что эти максимальные отклонения группируются в крестах профилей, которые невозможно увязать друг с другом простым вертикальным перемещением. Среднеквадратическое отклонение от данных составляет 1.9–3.5 мс.
Построение структурной карты. При построении структурной карты используются:
1. Первое приближение структурной карты, получаемое перемножением карт изохрон и скоростей. Шаг сетки этой карты равен шагу сетки детальной карты изохрон, т.е. 500 м. Генерализованная карта скоростей строится с шагом 5000 м на основе отметок скважин, вскрывших доюрские отложения, и рассчитанных в них значений скорости. В качестве дополнительной информации привлекается генерализованная карта изохрон. Поскольку скорость распространения сейсмических колебаний имеет тенденцию к увеличению с глубиной, тренд средней скорости должен напоминать по форме тренд карты изохрон. Поэтому данные этой карты входили в задачу в качестве первых производных с оптимизацией по неизвестному множителю. Так же, как и от генерализованной карты изохрон, на карту скоростей налагалось условие «гладкости» и нахождение в пределах 1600–3000 м/с. В результате полученная карта скоростей находится в указанных пределах величин, соответствует данным в скважинах и наследует морфологию генерализованной карты изохрон.
2. Скважины, вскрывшие фундамент. При построении вариантов структурной карты используется 2540 скважин (в этих точках вычислялись значения t0, а затем и скорости), остальные 217 оставляются для проверки качества построения. В дальнейшем, при построении окончательного варианта карты, использовались данные всех 2757 скважин.
3. В северо-западной части ХМАО, где отсутствуют данные сейсморазведки, дополнительно используется фрагмент генерализованной сводной структурной карты по горизонту А, построенный по потенциальным полям.
И первое приближение структурной карты, и фрагмент сводной структурной карты на северо-западе ХМАО используются в качестве подложки по первым производным. Данные по скважинам обеспечивают точную привязку поверхности по глубине.
Варианты структурной карты, полученные при разных параметрах построений и различной использованной информации, сравнивались по прогнозирующей способности. Последняя определялась по среднеквадратической и максимальной ошибке прогноза отметки доюр ских отложений в 217 контрольных скважинах.
Расположение контрольных скважин выбиралось таким образом, чтобы они относительно равномерно покрывали территорию округа (пропорционально плотности распределения скважин, вскрывших доюрские отложения). Второй критерий отбора – не слишком большое удаление контрольных скважин от ближайших к ним, т.е. одиночные скважины не включались в контрольную выборку. Это обусловлено тем обстоятельством, что дальняя экстраполяция на участки, не охарактеризованная данными бурения и сейсморазведки, заведомо имеет низкую точность прогноза. Поэтому данные по одиночно расположенным скважинам эффективнее использовать для правильного определения тренда поверхности на таких участках.
При использовании в качестве дополнительной информации карты изохрон по горизонту Б варьиро валась величина коэффициента выполаживания. Смысл коэффициента выполаживания – снижение =1.2, =1.5 контрастности (среднего угла наклона крыльев) структур горизонта Б по отношению к горизонту А. В каждом из вариантов по полученной карте изохрон выполнялось построение тренда средней скорости, а затем структурной карты, по которой производилось сравнение результатов вычислений с контрольными скважинами. Наилучшая статистика построений получена при =1.5. Среднеквадратическое отклонение поверхности от контрольных скважин составило 58.5 м, а максимальное – 204 м.
Скважин, отклонения в которых составили более 100 м, выявлено 20 из 217. Интересно отметить, что при разных вариантах построений число контрольных точек с большими отклонениями почти не менялось. Скважины, в которых ошибка прогноза превысила 100 м, разбросаны по всей территории округа. Нельзя сказать, что все они концентрируются на участках с наиболее редкой сетью данных, хотя есть и такие. Большие ошибки также возникают при наличии резких градиентов структурных форм.
.jpeg)
Рис. 2. Схема расположения исходных данных и косвенной информации, использованных при построении структурных карт
Окончательная структурная карта построена по всему имеющемуся объему информации, т.е. по 2757 скважинам, всем сейсмопартиям, региональным и композитным профилям (см.рис. 2). Косвенная информация, использованная на участках отсутствия данных о значениях tо в пикетах сейсмических профилей:
- крайний северо-запад территории – фрагмент генерализованной сводной структурной карты, построенный по потенциальным полям;
- восточная часть листа Р-44 – фрагмент этой же карты, построенный с использованием связи между глубинами отражающих горизонтов А и Б;
- полоса северо-северо-восточного простирания между Ляпинским и Шеркалинским мегапрогибами, а также Карабашско-Шугурский участок – фрагменты среднемасштабной сводной структурной карты;
- остальная территория – фрагменты дежурной карты изохрон ЦРН по отражающему горизонту Б.
Вся косвенная информация учитывалась по первым производным. Максимальное отклонение полученной поверхности от скважин составило 11 м, а среднеквадратическое – 0.8 м.
Для оценки достоверности расчетов использовалась карта расхождений вариантов структурных построений. В распоряжении имелись три варианта карты по поверхности доюрского основания: окончательная и карты, построенные с использованием в качестве подложки карты изохрон по ОГ Б и среднемасштабной сводной структурной карты. В каждом узле сетки вычислялись максимальные и минимальные значения из трех поверхностей, и разность этих величин представлялась в виде карты. Заметим, что качество аппроксимации имеющихся данных довольно высокое: среднеквадратическое отклонение карт изохрон от значений t0 в пикетах региональных и композитных профилей составляло 1.9–3.5 мс, ошибка аппроксимации производных в пикетах профилей около 1%, среднеквадратическое отклонение структурной карты от отметок в скважинах – 0.8 м. Поэтому расхождение вариантов структурных построений обусловлено исключительно плотностью данных и степенью согласованности различных видов информации. Таким образом, карта расхождения вариантов характеризует точность выполненных построений, причем с распределением ошибки прогноза по территории округа.
Рис. 3. Гистограмма расхождения вариантов структурных построений
На рис. 3 приведена гистограмма расхождения ваантов структурных построений, из которой следует, что на 31% площади округа ошибка прогноза, скорее всего, заключена в пределах 0–20 м, еще на 30% территории она не превышает 50 м и только на 18% территории превышает 100 м. Полученные данные хорошо согласуются с оценкой прогнозирующей способности карты, полученной по контрольной выборке скважин.
Литература
Кузнецов А.Г., Пятков В.И. Тектонические элементы доюрского основания Шаимского нефтегазоносного района // Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО / Труды IV научно-практической конференции.- Ханты-Мансийск.- Путиведъ.- 2001.- С. 154–161.
Волков В.А., Пятков В.И., Сидоров А.Н., Одношевная И.И., Гончарова В.Н., Хорошев Н.Г. Предварительные результаты работ построения структурной карты по отражающему горизонту А (поверхности доюрского основания) // Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО/ Труды VI научно-практической конференции, том 1.- Ханты-Мансийск.- ИздатНаукаСервис.- 2001.- С. 154–161.
Автор: Волков В.А., Гончарова В.Н., Мухер А.Г., Нечаева Н.А., Сидоров А.А., Сидоров А.Н.
