Технология азимутального анализа сейсмических амплитуд с

Г.Н.Гогоненков, Б.П.Мороз, А.Л.Плешкевич; ОАО ЦГЭ
Тезисы
доклада
«Технология
азимутального
анализа
использованием высокопроизводительных вычислений».
сейсмических
амплитуд
с
Основы методики азимутального анализа.
В последние годы значительное распространение в мире получили обработка и интерпретация
данных наземных широко-азимутальных систем 3-D сейсмических наблюдений крестового типа,
направленные на выявление зон трещиноватых коллекторов. Перспективным методом поиска таких
зон является выявление амплитудных аномалий отражений от трещиноватых коллекторов,
связанных с азимутами направлений источники-приемники на поверхности наблюдений. Указанная
методика основана на анализе амплитуд сейсмических волн до суммирования с целью выявления и
изучения закономерностей их изменения как от азимута направления, так и от величины удаления
источник-приемник. Математическая модель, описывающая изучаемые зависимости, предполагает
возможность анизотропии коэффициентов отражения как функции азимута. Широко известная
методика AVO-анализа включается как частный случай методики азимутального анализа амплитуд.
Существуют следующие альтернативные подходы к реализации этой методики.
Первый, более упрощенный подход, состоит в разбиении полного диапазона азимутов в каждом
бине на сравнительно узкие азимутальные секторы и дальнейшей их раздельной обработке,
включающей 3-D миграцию до суммирования и последующий AVO-анализ данных, попадающих в
каждый отдельный сектор. Ввиду того, что разбиение на указанные секторы снижает эффективную
кратность сейсмических наблюдений пропорционально числу таких азимутальных секторов,
динамический анализ становится слабо устойчивой процедурой. Наиболее существенным
недостатком такой упрощенной методики является неравномерность количества трасс и диапазонов
их удалений, попадающих в отдельные азимутальные секторы. В свою очередь, это может приводить
к регулярным искажениям и проявлению эффектов ложной азимутальной анизотропии.
Второй подход к проведению азимутального анализа амплитуд предполагает решение обратной
задачи на основе известной теоретической модели с использованием биновых подборок трасс
полного спектра удалений, включающих все доступные азимуты и удаления источники-приемники. В
соответствие с употребительной в настоящее время моделью Рюгера амплитуда отражения от
толстого трещиноватого слоя имеет вид:
R( ,  )  R0  (GI  G A cos 2  ) sin 2  ,
где R0 , GI , G A - амплитуда отражения
(1)
при нормальном падении, и величины изотропного и
анизотропного градиентов соответственно;  - угол падения;  - разность азимутов направлений
источник-приемник и нормали к преобладающему направлению трещиноватости. Для дальнейшего
удобно переписать (1) в симметричном виде:
R( ,  )  R0  (GY sin 2   G X cos 2  ) sin 2  ,
(2)
где GX  GA  GI , GY  GI . Отсюда следует GA  GX  GY , что несколько проясняет смысл
наименования «анизотропный градиент». Модель (1)-(2) отвечает эллиптической азимутальной
анизотропии коэффициента отражения, поскольку при фиксированном угле падения  выражение
(2) описывает эллипс с полуосями, пропорциональными GX и GY (либо седловую поверхность при
GX GY  0 ). При фиксированной величине азимута  модель (1)-(2) отвечает традиционной
модели зависимости амплитуды отражения от угла падения, используемой в AVO-анализе.
Указанная 4-параметровая модель (1)-(2) сейсмических данных используется для решения обратной
задачи с целью поиска неизвестных величин R0 , GI , G A и  .
К числу необходимых условий успешной реализации этого подхода следует отнести проведение
предваряющей 3-D сейсмической миграции до суммирования (3-D PSDM), не искажающей основных
динамических особенностей сейсмических данных, связанных с азимутальной анизотропией и
удалением источники-приемники. Этому жесткому требованию удовлетворяет разработанная
специалистами ОАО ЦГЭ азимутальная модификация программы 3-D PSDM, обеспечивающая
сохранение указанных динамических характеристик для традиционных систем наблюдений
крестового типа в рамках модели субгоризонтально-слоистых сред. В настоящее время реализован
программный комплекс, включающий модификацию процедуры 3-D PSDM с сохранением
азимутальных динамических характеристик и решение обратной задачи для оценки параметров
азимутальной анизотропии амплитуд. Результатом решения этой задачи является набор
сейсмических кубов азимутальных динамических атрибутов, среди которых имеется 4-е основных:
куб амплитуд нормального падения, куб изотропного градиента, куб анизотропного градиента, куб
азимутов поворота (в плоскости наблюдения) эллипсов анизотропии коэффициентов отражения.
Комплекс программ успешно прошел опытно-производственные испытания и доступен для своего
широкого практического использования. Основной объем вычислений в ходе реализации
азимутального анализа амплитуд связан с выполнением предваряющий азимутальной 3-D
сейсмической глубинной миграции до суммирования. Указанная процедура имеет свою экономичную
реализацию, основанную на технологии высокопроизводительных параллельных вычислений с
использованием сотен либо тысяч процессорных ядер. Представленные авторами в презентации
практические результаты получены в ходе расчетов на крупнейшем отечественном суперкомпьютере
«Ломоносов».
Требования к процедурам предваряющей сигнальной обработки и особенности методики
решения обратной задачи.
Обычное требование к процедурам современной обработки сейсмических данных состоит в
сохранении амплитуд. Термин «сохранение амплитуд» означает, прежде всего, отказ от
автоматической регулировки усиления сейсмических данных, которая способна серьезно исказить
либо полностью нивелировать присущие им динамические особенности и закономерности поведения
амплитуд отраженных волн, связанные со свойствами изучаемой глубинной части неоднородной
земной среды. Поскольку неоднородная верхняя часть изучаемой земной среды сама по себе вносит
сильные кинематические и динамические искажения в наблюдаемое поле сейсмических отраженных
волн от целевых глубинных горизонтов, одной из центральных задач обработки с сохранением
амплитуд является устранение указанного искажающего влияния. По сути дела, речь идет об
эталонировании условий возбуждения и приема сейсмических колебаний, которое необходимо
выполнить в условиях сильно изменчивой верхней части изучаемой земной среды в пределах
площади работ. Наиболее известный метод устранения искажающего влияния верхней части разреза
основан на использовании известной 4-факторной линейной модели, учитывающей следующие
факторы: условий возбуждения сейсмических сигналов, условий их приема, величины удаления
источник-приемник, а также отражательных свойств глубинных границ раздела для текущей
координаты средней точки (геологический фактор). В рамках данного подхода выполняется оценка
указанных амплитудных факторов для всех источников и приемников, а затем выполняется
компенсация различий в условиях возбуждения и приема сейсмических колебаний. Важно отметить,
что подобная модель предполагает отсутствие значительных изменений амплитуд, связанных с
прохождением сейсмических волн через вышележащую толщу пород и промежуточные границы
раздела, т.е. предполагается отсутствие экранирующего влияния вышележащей толщи пород на
амплитуды волн от интересующего глубинного отражателя. В иных случаях возможность выполнения
обработки с сохранением амплитуд проблематична. Помимо контроля формального соблюдения
условия сохранения амплитуд процедурами обработки, перед проведением динамического
азимутального анализа полезно убедиться непосредственно, что проведенная обработка не привела
к искажению зависимостей амплитуд отражений от удаления и азимута направления источникприемник. Подобное искажение может произойти как в ходе коррекции амплитуд за поверхностные
условия, так и в ходе применения к сейсмограммам процедур многоканальной частотной фильтрации
типа F-K или преобразования Радона. Основным источником искажений может стать процедура
традиционной 3-D миграции до суммирования, в общем случае не удовлетворяющая условиям
сохранения амплитуд одновременно как по удалениям, так и по азимутам направлений
источники/приемники. Для решения этой проблемы авторами была разработана специализированная
процедура азимутальной 3-D миграции до суммирования, удовлетворяющая поставленным
нетривиальным условиям. С этой целью была разработана оригинальная методика сборки исходных
сейсмических кубов однократного прослеживания квази-равных удалений/азимутов из трасс 3-D
крестовой сейсмической съемки. Основным объектом азимутального анализа сейсмических амплитуд
являются биновые подборки трасс, получаемые после выполнения азимутальной 3-D миграции –
сейсмограммы общей точки изображения, параметризованные в пространстве удаления-азимуты,
которые используются для решения обратной задачи с целью поиска неизвестных величин
R0 , GI , G A и  . Поиск величин R0 , GI , G A и  , из которых формируются кубы данных
подобных сейсмическим, основан на приближенном решении большого числа переопределенных
систем линейных уравнений с помощью метода наименьших квадратов. Для обеспечения большей
надежности и устойчивости результатов рекомендуется использовать подборки сейсмических трасс,
принадлежащих площадкам 5х5 бинов – т.н. «супербины», обеспечивающие более богатую
статистику. Наименее устойчиво определяемым параметром являются азимуты  поворота
эллипсов анизотропии в плоскости наблюдений, оценки которых имеют смысл только в тех местах
площади, где реально значимо отличаются друг от друга величины градиентов G X и GY .
Использование результатов как AVO-анализа, так и представленного здесь азимутального
анализа амплитуд позволяет строить модельные сейсмограммы для каждого из анализируемых
биновых наборов трасс, поступающих на анализ. Можно затем оценить различие между модельными
и реальными трассами, и получить невязку метода в каждой точке куба сейсмического изображения
среды. Допустимо интерпретировать полученную невязку, вкладывая в нее тот геологический смысл,
что невязка возрастает в тех интервалах геологического разреза, которые отвечают негладкими или
искаженным зависимостям амплитуд отражений от удаления и азимута, характеризуя тем самым
локальную «негладкость» изучаемой среды. Иначе говоря, невязку между «гладкой» модельной и
реальной сейсмограммами можно интерпретировать как оценку «рассеянной компоненты»,
интенсивность которой может быть связана с трещиноватостью среды. Авторами была реализована
возможность построения куба «рассеянной компоненты», представленного в каждом бине трассой
невязок приближенного решения линейных систем уравнений. Можно полагать, что куб «рассеянной
компоненты» предоставляет дополнительные возможности своей геологической интерпретации при
поиске трещиноватых зон.
Заключение.
Методика и технология азимутального анализа амплитуд сейсмических волн или «азимутальный
AVO-анализ» представляет собой новый инструмент, позволяющий извлекать важную
дополнительную информацию из 3-D данных наземных сейсмических наблюдений крестового типа до
их суммирования. По имеющимся в настоящее время представлениям, азимутальная анизотропия
коэффициентов отражения и связанные с ней амплитудные эффекты являются ценным поисковым
признаком трещиноватых пород, с которыми могут быть связаны скопления углеводородов. С этой
точки зрения перспективным выглядит практическое использование подобной методики для
выработки новых поисковых признаков и обнаружения баженовских коллекторов в Западной Сибири
на месторождениях типа Салымского. Известно, что такие месторождения не связаны с
антиклинальными структурами и не имеют округлых контуров в плане, более отвечая по виду
трещинным, с которыми могут быть связаны аномалии азимутальных динамических атрибутов.
Необходимым условием успешного применения азимутального анализа амплитуд сейсмических
волн является достаточный диапазон удалений источники-приемники не только в направлении линий
приема, но и в направлении линий возбуждения. Последнее условие соблюдается далеко не всегда и
требует от крестовой сейсмической съемки иметь в шаблоне от 16-ти линий приема и более. При
шаге между линиями приема 300-400м это позволяет иметь удаления в направлении линий
возбуждения около 3000м. Подобное расстояние требуется для полноценного освещения целевых
глубинных границ в диапазоне углов падения сейсмических волн 0  30 в широком диапазоне
азимутов направлений источники-приемники. Другим важным требованием к методике проведения
полевых сейсмических работ является сдвиг шаблона сейсмической съемки на одну линию приема
при переходе к следующей полосе отработки. Такая методика работ позволяет получать более
равномерные спектры удалений/азимутов и является в настоящее время общепринятой. Наконец,
важнейшим условием успешного применения азимутального анализа амплитуд сейсмических волн
является творческий нестандартный подход к интерпретации полученных материалов – кубов
атрибутов азимутального динамического анализа. По-сути, речь идет о разработке методики
подобной интерпретации.
Следует отметить, что представленные методика и технология азимутального анализа и
предваряющей их азимутальной миграции до суммирования имеют перспективную альтернативу.
Эта альтернатива заключается в использовании 3-D глубинной миграции до суммирования с
сохранением амплитуд, результаты которой будут сразу параметризованы в угловых переменных
типа локального угла падения на отражатель и азимута падения отражателя. Подобная
параметризация достижима в рамках асимптотической лучевой миграции до суммирования и
планируется авторами к своей практической реализации.