1.5. Сейсмическое моделирование
При интерпретации сейсмических данных необходимо иметь схематическую модель тех геологических объектов, строение которых необходимо изучить. Модель является упрощенным представлением реального разреза земной коры, в которое включены только те элементы, которые, как предполагается, оказывают наиболее значительное воздействие на измерение. Выделяется два типа моделирования: прямое и обратное.
Прямое моделирование состоит в расчете поля, создаваемого моделью, а обратное моделирование - в вычислении возможной модели на основе наблюдаемых полей. Обратное моделирование в некотором смысле включает весь процесс интерпретации и неизменно связано с неопределенностью и неоднозначностью.
При прямом моделировании на основе принятой модели рассчитывают ожидаемые значения параметров, которые затем сравнивают с результатами реальных измерений. Различия (ошибки) относят за счет неточности модели или неучтенных факторов. Моделирование - интерактивный процесс, модель изменяют для уменьшения ошибки, получают новую ошибку и т.д., до тех пор, пока ошибка не уменьшена до приемлемой величины. Однако согласие модели и реального сейсмического разреза (прямое моделирование) еще не означает, что данная модель соответствует реальному объекту. Другая модель может также обеспечить достаточное согласие. Используют математическое и физическое моделирование.
При математическом моделировании на ЭВМ используется множество алгоритмов, начиная с простой свертки сейсмического импульса с последовательностью коэффициентов отражения, до построения лучевых моделей и использования волновых методов, основанных на соотношениях типа уравнения Кирхгофа, или методов волнового уравнения, применяемых при проведении миграции и включающих дифракцию.
Математическое моделирование основано чаще всего на создании синтетических сейсмограмм. Одномерная синтетическая сейсмограмма представляет собой простой сейсмический импульс, свернутый с учетом коэффициентов отражения изучаемой среды и сведений о форме сейсмического импульса. Чаще используют упрощенные подходы, где принимается только вертикальное распространение волн, а наклоном границ пренебрегают. Коэффициенты отражения и падения рассчитываются для случая нормального падения волн. Дифракцию и другие явления не принимают во внимание.
Используют одно- и двумерное математическое моделирование. При одномерном моделировании строится одномерная синтетическая сейсмограмма на основании, главным образом, скважинных данных (акустический, плотностной каротаж). Одномерное моделирование используют преимущественно для литолого-стратиграфической привязки отраженных
волн к геологическому разрезу. Пример одномерной модели, используемой для привязки отраженных волн к разрезу скважины, приведен на рис. 10. Расчет интервальных скоростей (VИНТ.) производится по данным акустического каротажа (кривая Т), для построения кривой акустических жесткостей (RxV) используют данные об интервальных скоростях и плотностях горных пород. Последние оцениваются либо по данным нейтронного плотностного каротажа НГК (п), либо путем пересчета в плотности показаний ПС, КС и радиоактивных методов. Кривая коэффициентов отражения рассчитывается по кривой акустических жесткостей с учетом частоты реальных сейсмических волн, затем, после оценки формы реального сейсмического импульса производится свертка коэффициентов отражения в синтетическую сейсмограмму, или сейсмическую трассу. Т.к. форма импульса может изменяться в разных частях разреза, часто свертку производят с нуль-фазовым сигналом (импульс Пузырева).
Синтетическая сейсмограмма строится в вертикальном масштабе времен, а скважинная информация имеет глубинный масштаб. Для перевода глубин во временной масштаб опираются на данные о VИНТ. по материалам акустического каротажа, отфильтрованным в сейсмической полосе частот.
Однако интервальные скорости по АК обычно в силу технических причин завышены относительно интервальных скоростей по данным сейсморазведки МОВ ОГТ. В связи с этим полученную синтетическую сейсмограмму редактируют (сжимают или растягивают по вертикали), опираясь на данные сейсмокаротажа или вертикального сейсмопрофилирования скважин (ВСП). Процесс редактирования проводят в несколько приемов (итераций), добиваясь наилучшей сходимости реальной и модельной трассы.
На приведенном рисунке получено хорошее совпадение трасс. Для повышения разрешенности сейсмической трассы проводят также дополнительную обработку полевых сейсмических трасс. В данном случае после использования стратиграфической деконволюции сходимость реальной и синтетической трасс улучшилась.
Синтетические сейсмограммы (трассы) могут быть получены только по данным об интервальных скоростях, плотностях либо акустических жесткостях, т.е. для одной и той же скважины можно получить три различных (но близких) синтетических сейсмограммы (рис.11). Сравнивая их с реальной трассой, можно оценить, какая составляющая акустической жесткости вносит больший вклад в формирование сейсмического волнового поля.
Для получения кривых интервальных скоростей, плотностей, жесткостей производят оцифровку каротажных данных на бумажных носителях либо используют данные ГИС, записанные в цифровой форме. Как в том, так и в другом случаях необходимо редактировать полученные кривые и
вносить поправки в значения за счет наличия каверн в стволе скважины, попадания отдельных точек на аномальные по своим свойствам и нехарактерные прослои и т.п. Каверны, заполненные буровым раствором, серьезно искажают данные АК и радиоактивных методов, занижая их показания.
Двумерное моделирование - это получение совокупности синтетических сейсмограмм, отражающих изменение физических свойств двумерной модели. Двумерное моделирование позволяет создать или уточнить "сейсмический образ" перспективного объекта для более успешной идентификации его на сейсмическом разрезе. Такое использование синтетических сейсмограмм является одним из главных методов сейсмостратиграфической интерпретации.
Если принимается во внимание только вертикальное распространение лучей, то синтетические сейсмограммы, рассчитанные по таким моделям, все же являются одномерными. Часто используют и более сложные, лучевые методы моделирования, учитывающие наклонное положение отражающих границ, расстояния между пунктами взрыва и приема, явление дифракции.
Примеры двумерного моделирования приведены в разделах, посвященных изучению неантиклинальных ловушек и залежей УВ.
Многие геологические объекты и явления слишком сложны для теоретического осмысливания и не могут быть достоверно смоделированы с использованием ЭВМ. В таких случаях используют физическое моделирование - регистрацию сейсмических волн на миниатюрных физических моделях, изготовленных с сохранением геометрических пропорций и акустических жесткостей реальных объектов. Модели изготавливают из искусственных материалов, таких как, органическое стекло, цемент, фракционный кварцевый песок с различными наполнителями, металл, эпоксидные смолы и т.п. Частоту электромагнитных импульсов подбирают адекватной масштабу модели и реальным сейсмическим колебаниям.
В качестве объектов для физического моделирования могут выступать, например, клиноформные комплексы, дизъюнктивные и шероховатые границы, слабоизученные явления возникновения специфических волн в сложных средах и т.п.