Точность построения первого подсолевого отражающего горизонта в юго-западной части Прикаспийской впадины - вопрос очень важный. Поэтому эффективные сейсмические колонки (ЭСК) названного региона, назначение которых - определение последующих исследований [4], мы будем рассматривать в приложении к поиску решения главной задачи ( Очевидно, что использование результатов построения ЭСМ не ограничивается только этими возможностями.). Исследования методом эффективной сейсмической модели (ЭСМ) проводятся с различной детальностью. Мы используем результаты, полученные при построении ЭСК.

Способы построения ЭСМ изложены в работе [3], а применительно к названному региону - в работе [2]. Всего для региона построено 25 ЭСК нулевого приближения, 5 из них послужили основой для ЭСК первого приближения. ЭСК высоких приближений всего одна (Уровень приближения характеризует степень надежности определения эффективных параметров изучаемой реальной геологической среды.). Малое число ЭСК первого приближения и отсутствие ЭСК высоких приближений объясняются небольшим объемом сейсмических наблюдений в динамическом режиме как в скважинах, так и на дневной поверхности.

Сравнение ЭСМ Астраханского свода, Сарпинского прогиба, Карасальской моноклинали показало, что в них есть элементы и одинаковые, и существенно различные. Отличие моделей связано с изменением мощностей тех или иных одноименных отложений или с представительностью разреза. При более детальном рассмотрении можно видеть различия в характеристиках одноименных отложений с одинаковой мощностью и т. д. Даже поверхностное сравнение моделей приводит к выводу, что в каждой части названного региона сейсморазведкой можно решать ограниченный круг геологических задач, обусловленный особенностями свойств и строения реальной геологической среды.

Рассматривать всю совокупность полученных данных не позволяют рамки статьи. Поэтому ограничимся анализом некоторых наиболее общих особенностей изменения скоростей распространения сейсмических волн.

Результаты построения ЭСК показывают, что отложения четвертичного и палеогенового возраста на огромной территории могут быть описаны средней скоростью распространения сейсмических волн и дисперсией (случаи изменения величины скорости с глубиной редки). Дисперсия скорости, несмотря на размеры территории, мала. По простиранию скорость меняется плавно. Иногда в толще отложений появляются границы первого рода с коэффициентами отражения c=0,1-0,15 ( рис. 1 , А). Эти границы (и слои в целом) редко прослеживаются на большие расстояния, но даже эпизодическое появление такого пласта в подошве отложений может привести, как будет показано, к ошибкам в интерпретации наблюдаемых сейсмических полей. Эта часть среды практически однородна. Лишь по ряду косвенных признаков можно допустить, что анизотропия ничтожно мала. Учет изменения скоростей распространения сейсмических волн с целью уверенного построения отражающих границ в таких средах не вызывает проблем и надежно обеспечивается картами средних или эффективных скоростей. В верхней части отложений мелового возраcтa выделяется сейсмический репер R4 [4]. Мощность известняков, формирующих репер, колеблется от 100 до 600 м. Пористость и трещиноватость известняков по простиранию непостоянны. Это обстоятельство вызывает сложные изменения скорости с глубиной. Поэтому в различных частях территории репер характеризуется либо средней скоростью и дисперсией, либо некоторым сложным законом изменения скорости с глубиной, либо начальной скоростью и ее градиентом ( рис. 1 , Б). Элемент разреза может быть явно неоднородным, а неоднородность - неодинаковой в различных частях территории. Степень влияния неоднородности этого элемента разреза на результаты построения подсолевых отложений, особенно в тех случаях, где мощность его велика, неясна и требует специальных исследований.

Репер R4 во вмещающей среде хорошо выделяется резкими границами первого рода. Коэффициенты отражения границ достигают 0,25, но появление в подошве вышележащих отложений (а иногда одновременно и в кровле нижележащих отложений) слоев с резкими границами первого рода приводит к формированию поля отраженных волн, связанного не только с известняками верхнего мела. Ясно, что интерпретация такого поля без учета особенностей строения и свойств изучаемого элемента разреза и вмещающей его среды приведет к ложной стратификации и даже к ошибкам в определении глубин, скажем, до кровли известняков верхнего мела. Этот экспериментально установленный факт примечателен тем, что четко показывает взаимосвязь надежности, точности интерпретации сейсмических наблюдений и знаний особенностей строения среды, особенностей ее свойств и закономерностей изменения того и другого по простиранию.

Отложения нижнемелового, юрского, триасового возраста ( рис. 1 , В, Г, Д) - тонкослоистые среды. В разных частях территории они могут быть охарактеризованы средними скоростями и дисперсиями, или различными по виду и по сложности законами изменения скорости с глубиной, или неодинаковыми по величине и даже знаку градиентами скорости. В толще отложений существуют локальные сейсмические реперы. Характеристики локальных реперов мы не рассматриваем. Однако отметим, что коэффициенты отражения границ локальных реперов могут достигать 0,25.

Из сказанного следует, что в целом эта часть реальной геологической среды существенно неоднородна. О степени ее анизотропии из-за отсутствия данных можно лишь догадываться.

Анализ совокупности моделей показал, что, несмотря на сложные законы изменения свойств среды, эту территорию можно разделить на области, в которых в каждом крупномасштабном блоке [4] будет действовать один закон изменения скорости с глубиной. Например, для отложений нижнемелового возраста можно выделить области, где реальная среда характеризуется постоянной скоростью и дисперсией ( рис. 1 , В, II-1), в ином случае - некоторой начальной скоростью и градиентом скорости ( рис. 1 , В, III-1) и т.д. Однако попытка реализации выявленных принципов районирования столкнулась с недопустимо малым (для такого сложного региона) числом сейсмических измерений в скважинах. Восполнить пробел в этих измерениях результатами наблюдений АК оказалось невозможно. Отложения верхнепермского возраста ( рис. 1 , Е) представляются тонкослоистой средой. Выдержанные протяженные границы в этой среде отсутствуют. Как правило, границы характеризуются малыми коэффициентами отражений (c<=0,l). Иногда встречаются границы с коэффициентами отражений 0,15-2. Чаще всего такой границей является кровля верхнепермских отложений.

В целом среда может быть охарактеризована градиентом скорости. Абсолютные величины градиентов различаются. Например, в моделях Воложковской и Долгожданной площадей градиенты скорости равны соответственно 0,74 и 0,77, в моделях Светлошаринской - 0,7, Степновской - 0,36, Юстинской-1. Анализ совокупности ЭСК показал, что часть площадей имеет близкие и даже равные градиенты скорости. Это позволяет сказать, что районирование соответствующего крупномасштабного блока [4] в пределах территории могло бы быть выполнено по принципу равенства или близости градиентов скорости. Однако, как и в предшествующем случае, оказалось, что для реализации выявленного принципа не хватает фактических данных.

Отложения кунгурского возраста отображаются в ЭСМ толщей с постоянной скоростью 4500-4700 м/с.

Внутрисолевые слои, пропластки, за исключением отложений в подошве кунгурского яруса - филипповский горизонт (?), нами не изучались.

Итак, толща отложений от кровли кунгурских до кровли верхнемеловых отложений в рассматриваемом регионе характеризуется сложными изменениями скорости с глубиной. Эти изменения происходят как по глубине, так и по простиранию. Если в такой заметно неоднородной толще существует анизотропия свойств, вопрос о точности построения отражающих границ можно решать лишь экспериментально, сравнением результатов сейсморазведки и бурения. Это объясняется тем, что еще нет теории распространения сейсмических волн в неоднородных анизотропных средах.

Если допустить (без всяких оснований, поскольку данных нет), что анизотропия рассматриваемой среды мала, и ею можно пренебречь, то проблема повышения надежности построения подсолевых отложений с позиций традиционного подхода к решению “обратной” задачи сейсморазведки сводится прежде всего к проблеме надежного определения скорости распространения сейсмических волн (при условии, что отраженная волна выделяется уверенно).

Вопросам требуемой надежности определения скорости посвящена работа [1], где эта тема обсуждена сравнительно детально. В рассматриваемом регионе для достижения требуемой точности определения скорости и надежного учета изменений ее как по глубине, так и по простиранию исходя из результатов исследований методом ЭСМ необходимо:

а) выделить области однородности, т.е. области, в которых законы изменения скорости с глубиной в каждом крупномасштабном блоке [4] будут типичными;

б) в каждой области однородности для каждого блока определить вид зависимости скорости от глубины v_p(H);

в) сформулировать правило внесения поправок к закону v_p (H) в зависимости от глубины залегания крупномасштабного блока.

Из рассмотренного видно, что для повышения точности сейсморазведки прежде всего необходимо обеспечить: максимум сейсмокаротажных наблюдений, изменив их методику с учетом требований изучения анизотропии среды, в полной мере использовать измерения АК.

Фактически на значительной части территории, где высока плотность бурения, дело обстоит следующим образом: 1) число скважин, в которых выполнены сейсмические наблюдения, крайне мало (не более 10%); 2) сейсмические наблюдения в скважинах выполнены в основном с двух и лишь иногда с трех пунктов взрывов; 3) акустические каротажи прошедших лет выполнены фрагментарно в различных интервалах глубин, проведены они без какого-либо учета запросов сейсморазведки. Эти обстоятельства делают неясным путь реализации сформулированных выше рекомендаций на значительной части территории. Однако там, где буровые работы не закончены или только разворачиваются, нет принципиальных сложностей для получения и накопления требуемого объема данных.

Построение ЭСК четко показало другую сторону проблемы повышения надежности, точности структурных построений по данным сейсморазведки. При традиционном подходе к решению обратной задачи сейсморазведки достаточно знать скорость распространения сейсмических волн до отражающего горизонта. В тонкослоистой среде само понятие отражающий горизонт не столь ясно и четко как в толстослоистой. Здесь появляются дополнительные факторы, влияющие на точность построения. Один из этих факторов разбирался на примере репера R4. Рассмотрим его детальнее на примере подсолевых отложений Астраханского свода. С этой целью вначале необходимо дать характеристику названного элемента разреза.

Вся совокупность рассмотренных промыслово-геофизических материалов, построенные ПАК, ЭСК⁰, ЭСК¹ показали, что залегающий в подошве галогенных отложений так называемый филипповский горизонт (?) представляет собой тонкослоистую, очень неустойчивую по свойствам пачку отложений [4]. Иногда слои переходят в достаточно мощный, до 100 м, пласт с высокой скоростью (V_р = 6000 м/с). Скорость пласта терригенных отложений сакмаро-артинского возраста заметно меньше, чем вышележащих (V_P =3550-4000 м/с). В целом и эти отложения представляют собой тонкослоистую пачку с той лишь разницей, что скорости отдельных слоев почти не отличаются от вмещающих пород. Но и здесь встречаются слои с существенно высокой скоростью. Плотные известняки среднего карбона характеризуются скоростями 6200-6500 м/с.

Эта весьма типичная модель ( рис. 2 , скв. Д-1) изменяется плавно с запада на восток и на северо-восток, прежде всего, из-за неоднородности сакмаро-артинских отложений. Детали изменения модели формируются благодаря появлению и исчезновению тех или иных слоев в сакмаро-артинских отложениях, а также колебанию литологических особенностей сульфатно-терригенных пород филипповского горизонта (?) и изменению пористости главным образом известняков верхнего карбона ( рис. 3 , А-8, А-26, Ш-5). В ЭСК⁰ и ЭСК¹ отразились все ранее выделенные нами [4] сейсмические реперы R3, R2, R1.

Несмотря на то, что в целом система реперов R3, R2, R1 устойчива и по простиранию плавно меняется, выявляются случаи, когда модели одной и той же площади по количественным характеристикам, по тонкостям распределения параметров с глубиной могут заметно изменяться ( рис. 3 , скв. Д-1, Д-2) при сохранении образа модели.

В западном и юго-западном направлениях по мере увеличения мощности сакмаро-артинских отложений и с появлением в разрезе отложений верхнего карбона модель рассмотренного элемента разреза постепенно приобретает иной вид ( рис. 3 , скв. В-4). Коэффициенты отражения границ рассмотренной части разреза небольшие (для глубин 4000 м) и колеблются в пределах 0,15- 0,25. Отмечается ряд случаев появления границ с c = 0,3 и даже с c = 0,35.

Изменение модели подсолевых отложений, очевидно, будет вызывать колебание кинематических и динамических характеристик полей отраженных волн. Так, сокращение мощности сакмаро-артинских отложений в восточном направлении, начиная с некоторого момента, приведет к столь сложному интерференционному полю, в котором будет трудно или невозможно выделить волну, образованную на какой-либо границе, скажем на кровле среднего карбона. Если к сказанному добавить, что модель будет изменяться не только в связи с колебаниями мощности сакмаро-артинских отложений, но и в связи со всеми вышерассмотренными обстоятельствами, и учесть, что наблюдаемое поле существенно зависит от динамических и кинематических характеристик прямой волны, которая изменяется по профилю наблюдений в полном согласии с изменением свойств самой верхней части разреза, то невольно возникает вопрос - к каким ошибкам приведут все эти изменения ?

С целью получения ответа на этот вопрос проведены вычисления теоретических полей отраженных волн с различными параметрами моделей подсолевых отложений. Однако только часть моделей соответствует конкретной реальной геологической среде, другая часть - это вероятностные модели в рамках известных параметров. Чтобы не усложнять дело, вычисления выполнены с одним и тем же импульсом прямой волны, который получен при наблюдениях в глубоких скважинах.

Результаты вычислений показывают, что разность между временем первого вступления волны от кровли среднего карбона и временем регистрации экстремума наиболее интенсивной фазы интерференционного колебания изменяется в зависимости от строения модели сложным образом. В наших расчетах при заданном импульсе прямой волны эта разность колеблется от Dt= 0,005 с до Dt=0,015 с ( рис. 3 ).

Иными словами, качественный критерий - интенсивность фазы сложного колебания, которым часто пользуются интерпретаторы при корреляции отраженных волн, записанных на (допустим) временных разрезах ОГТ, при изучении рассматриваемого тонкослоистого элемента разреза, - может привести к значительной ошибке в определении времени регистрации прослеживаемой волны.

Такая ситуация особо опасна тогда, когда корреляция прослеживаемой волны нарушается или затрудняется интерференцией с волнами-помехами.

На этом примере четко видно, что в тех случаях, когда сейсморазведка изучает тонкослоистые элементы разреза с меняющимися свойствами по простиранию, для повышения надежности, точности структурных построений требуется учитывать происходящие изменения свойств и строения как самих изучаемых элементов разреза, так и вмещающей их среды (К такому же выводу мы пришли при рассмотрении репера R4.). Мало того, требуется изучать изменение по простиранию формы возбуждаемой прямой волны. Сейсморазведка лишь приближается к решению таких вопросов, и эту тему более глубоко мы здесь рассматривать не будем.

Изложенные результаты исследований методом ЭСМ с детальностью на уровне слоя показывают, что реальная геологическая среда не столь однородна, как это представлялось при “грубом” ее изучении [4]. Уточненные представления позволяют сделать следующие, более конкретные выводы.

1. В качестве однородной и изотропной среды может рассматриваться только верхняя часть разреза, образованная породами кайнозойского возраста.
2. Часть реальной геологической среды от кровли пород верхнемелового возраста и до подошвы верхнепермских отложений представляется в различной степени (и даже существенно) неоднородной. Анизотропия этой части среды неясна.
3. Чтобы с максимальной эффективностью использовать существующие алгоритмы решения обратных задач сейсморазведки в столь сложных условиях необходимо: а) увеличить объемы сейсмических наблюдений во внутренних точках среды, изменив их методику, увеличить объемы наблюдений АК, согласовав эти наблюдения с целями сейсморазведки; б) начать выяснение степени анизотропии среды в целом и ее отдельных частей; в) используя имеющиеся и получаемые вновь данные, начать районирование территории, приняв за основу типы законов изменения скорости с глубиной.
4. Поскольку точность и надежность изучения подсолевых отложений (в общем случае и других элементов разреза) зависят не только от знаний скорости распространения сейсмических волн, но и от знаний особенностей строения и свойств элементов разреза, необходимо: а) систематически изучать указанные особенности и выявлять закономерности их изменения по простиранию; б) прогнозировать свойства и особенности строения изучаемых элементов и широко использовать сочетание решений прямых и обратных задач сейсморазведки.

1. Кунин А.Я. Современное состояние методики поисковых работ. - Труды ВНИГНИ. М., 1977, вып. 203, с. 3-26.
2. Макеева Е.А., Логинов В.Т. Некоторые способы построения эффективной сейсмической модели верхних частей разрезов. - Разведочная геофизика, М., 1980,вып. 90, с. 45-57.
3. Метод эффективной сейсмической модели / Б.Я. Гельчинский, А.А. Белозеров, Н.И. Берденникова и др. Л., 1975, с. 2-206.
4. Результаты исследований реальной геологической среды в пределах Астраханского свода методом эффективной сейсмической модели / В.Т. Логинов, А.Т. Яковлев, Ю.Л. Цведель и др. - Геология нефти и газа, 1980, № 5 , с. 48-54.

Поступила 8/IV 1980 г.

Рис. 1. Типичные псевдоакустические, акустические колонки и ЭСК нулевого приближения, характеризующие изменения скорости распространения продольных сейсмических волн в зависимости от глубины.

Возраст отложений: А - неогеновый и палеогеновый; Б - верхнемеловой, В - нижнемеловой, Г - юрский, Д - триасовый, E - верхнепермский. Индексами Ш-1, П-2 и т. д. обозначены скважины, материалы исследований которых приняты для построения колонок

Рис. 2. Типичные акустические колонки и варианты ЭСК нулевого приближения, характеризующие изменения скорости распространения продольных сейсмических волн в подошвенной части отложений кунгурского возраста (филипповский горизонт?), в сакмаро-артинских отложениях и в кровельной части среднего карбона.

1 - известняки; 2 - песчаники; 3 - аргиллиты; 4 - ангидриты; 5 - гипсы; 6 - каменная соль

Рис. 3. Результаты вычисления полей отраженных волн с различными вариантами ЭСК подсолевых отложений.

Стрелками на фрагментах теоретических сейсмограмм показано время вступления волны, отраженной от кровли среднего карбона. Экстремум максимальной фазы или фазы, ближайшей к вступлению, зачернен