|
УДК 550.834:551.31.001.18 |
Прогнозирование генетических типов терригенных осадков по данным сейсморазведки
Д.Б. ТАЛЬВИРСКИЙ, А.А. ГУСЕЙНОВ, Н.С. ШИК, Г.В. СУРЦУКОВ (ВНИГНИ), Е.А. ГАЛАГАН, В.М. КРАВЕЦ (ВНИИЯГГ)
Изучение условий накопления терригенных осадков имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение для прогноза зон распространения литологических, стратиграфических и комбинированных (ЛСК) ловушек нефти и газа. В настоящее время с ними связывают дальнейшие перспективы нефтегазоносности в различных регионах, особенно в тех, где заметно уменьшается фонд локальных структур.
Традиционные методы восстановления палеогеографических условий накопления терригенных осадков основаны на комплексном исследовании керна и промыслово-геофизического материала, интерпретация которого проводится с учетом палеотектонического и палеогеоморфологического развития данной территории.
В последние годы для прогноза условий осадконакопления используются материалы сейсморазведки МОГТ, обеспечивающие непрерывность информации по разрезу и площади и позволяющие в комплексе с палеотектоническим, палеогеографическим и палеогеоморфологическим методами анализа восстановить обстановку бассейна седиментации. В США такое направление получило название сейсмической стратиграфии [5].
В настоящей работе приведены результаты сейсмогеологического моделирования различных генетических типов терригенных отложений на примере надугольной пачки верхней части васюганской свиты оксфордского и георгиевской свиты кимериджского ярусов верхней юры в юго-восточной части Западно-Сибирской плиты с использованием данных бурения и ГИС. Изученная толща имеет относительно небольшую мощность (примерно 50 м) и характеризуется чередованием маломощных пластов, литологический состав которых значительно меняется по площади.
В основании рассматриваемой пачки залегает пласт угля, выше по разрезу наблюдается чередование песчаников, алевролитов и глин. В изученной части разреза выделяются продуктивные горизонты Ю12 и Ю11, перекрытые аргиллитами георгиевской свиты. Отложения формировались в период оксфордской трансгрессии, когда на юго-востоке Западно-Сибирской плиты располагался эпиконтинентальный мелководный морской бассейн. Источниками сноса терригенного материала были Межовский палеосвод и Лавровский палеовал (рис. 1). Трансгрессия распространялась с юго-востока.
Методика исследования верхнеюрских пород включала детальное расчленение и корреляцию разрезов скважин, литолого-фациальное и палеогеоморфологическое картирование и генетический анализ осадков минимальных стратиграфических интервалов (пластов). Генетическая диагностика песчаных тел и вмещающих отложений основана на сравнении их по комплексу признаков с современными и древними аналогами. В качестве основных признаков рассмотрены: форма песчаных тел в плане и разрезе, их положение в бассейне по отношению к крупным палеотектоническим элементам, ориентировка относительно береговой линии, характер фациальных взаимоотношений с вмещающими как одновозрастными, так и подстилающими и покрывающими образованиями. Дополнительные признаки - ассоциации литологических разностей, текстурные признаки, изменение зернистости в разрезе и конфигурация кривых ПС [4].
В результате проведенных исследований в пласте Ю11 выделены две генетические группы отложений - мелководные и прибрежные. Последняя включает предбаровый, баровый, забаровый, лагунный и пляжевый генетические типы осадков, зоны распространения которых закономерно сменяют друг друга в направлении с юго-востока на северо-запад. Образования подводных отмелей и островов имеют локальное распространение (см. рис. 1).
Мелководно-морские осадки представлены толщей переслаивания мелкозернистых глинистых и алевритовых песчаников, алевролитов и глин с прослоями песчанистого известняка в нижней части разреза. Песчаники образуют прослои мощностью 1,5-2 м. Пористость их изменяется от 4 до 20 %, проницаемость варьирует в пределах (0,01-50)*10-3 мкм2.
Предбаровые отложения выражены мелко-среднезернистыми алевритовыми и глинистыми песчаниками, слагающими пласт мощностью до 15 м с тонкими прослоями песчанистых известняков. В кровле пласта Ю11 выделены плотные известковистые алевролиты мощностью 5 м. По коллекторским свойствам предбаровые песчаники сопоставимы с мелководно-морскими образованиями.
Баровые отложения формируют аккумулятивные песчаные тела мощностью 15-20 м и представлены хорошо отсортированными мелкозернистыми песчаниками, переходящими вверх по разрезу в среднезернистые разности. Примесь глинистого материала не превышает 10 %. Пористость песчаников 15-19 %, проницаемость достигает 0,25 мкм2.
Забаровые отложения представлены мелкозернистыми алевритовыми песчаниками с прослоями глин, алевролитов и известняков. Мощность их изменяется в пределах 5-10 м, пористость пород-коллекторов 12-15 %, проницаемость (1-10)*10-3 мкм2.
Лагунные образования состоят преимущественно из алевролитов с тонкими прослоями мелкозернистых алевритово-глинистых песчаников. Мощность отложений менее 5 м, пористость пород в редких случаях достигает 15 % (преобладают значения 8-10 %), проницаемость не превышает 0,001 мкм2.
Пляжевые отложения окаймляют источники сноса терригенного материала. Песчаники преимущественно крупно-, реже среднезернистые с примесью крупнопесчаной фракции (до 30 %). Глинистость их не превышает 10 %. Пористость песчаников колеблется от 10 до 18 %, проницаемость (1-200)* 10-3 мкм2.
Осадки подводных отмелей и островов приурочены к конседиментационным структурам, имеют сокращенную мощность и преимущественно глинисто-алевролитовый состав. Песчаники представлены маломощными (менее 2 м) прослоями в толще тонкого переслаивания алевролитов и глин.
По результатам детального расчленения и корреляции разрезов скважин, литолого-фациального и палеогеоморфологического анализов составлены геологический (рис. 2, а) и литолого-фациальный (рис. 2, б) разрезы для изученного интервала верхнеюрских отложений. На литолого-фациальном профиле отражена последовательная смена (с северо-востока на юго-запад) следующих обстановок осадконакопления: подводные отмели (скв. 2 Зимняя), пляжевые (скв. 1 Верх-Чековская), лагунные (скв. 5 Мало-Ичская), забаровые (скв. 13 и 11 Верх-Тарские), баровые (скв. 14 Верх-Тарская), предбаровые (скв. 10 Верх-Тарская) и мелководно-морские (скв. 2 Тай-Дасская).
Каждый из выделенных типов отложений охарактеризован данными АК, которые послужили основой для составления скоростных моделей и выявления особенностей динамических характеристик отраженных волн. По данным АК, исследуемая толща состоит из тонких однородных слоев, количество, мощность и взаимное расположение которых меняются по латерали от скважины к скважине. При этом породы, слагающие различные генетические типы отложений (баровый, пляжевый, лагунный и др.), заметно отличаются значениями скоростей. Данные о скоростях и мощностях различных генетических типов по скважинам приведены в таблице, из которой видно, что в разрезах скважин, вскрывших отложения одного и того же типа, скорости даже в литологически однородных пачках не выдержаны. Однако диапазон изменения их в баровых и пляжевых песчаниках (скв. 14 Верх-Тарская) меньше, чем в забаровых. Наиболее высокие скорости характерны для известковистых разностей песчаников лагунных отложений. В алевролитах отмечается широкий предел изменения скоростей во всех генетических типах отложений, за исключением подводных отмелей. Максимальные их значения (4,7-5,5 км/с) зафиксированы в известковистых аргиллитах, которые присутствуют в предбаровых, баровых, лагунных и мелководно-морских отложениях. Венчающие разрез породы георгиевской свиты слабо дифференцированы, однако скорости в них колеблются от 2,7 до 3,4 км/с. К сожалению, данные о плотностях пород, слагающих различные генетические типы, отсутствуют.
Мощности литологически однородных пластов не выдержаны: максимальные значения (до 20 м) характерны для песчаников баровых отложений. Во всех остальных типах их мощности колеблются от 2 до 8 м.
Таким образом, изучаемые отложения различных генетических типов мало отличаются по значениям скоростей. Такое различие могло бы служить диагностическим признаком при их прогнозировании по материалам сейсморазведки. В данной ситуации интервалы разреза отличаются лишь количеством, последовательностью напластования и мощностями литологически однородных слоев, слагающих генетические типы терригенных отложений, т. е. дифференциацией интервалов разреза по скоростям и мощностям. Именно эти различия должны фиксироваться при анализе динамических характеристик отраженных волн в качестве основного признака выделения генетического типа осадков.
Физические основы формирования волн в тонкослоистых средах описаны в работе [3], а особенности их формирования в тонкослоистых отложениях неокома Западно-Сибирской плиты - в статье [1]. Напомним, что тонким считается слой, отражения от кровли и подошвы которого интерферируют. Коэффициент отражения и, следовательно, амплитуда отраженных волн в области нормального падения лучей на отражающую границу определяются формулой
где 
- соответственно значения
плотности и скорости в верхнем слое; 
- то же, в нижнем слое. Произведение значений этих
параметров называется акустической жесткостью слоя. В зависимости от характера
разреза Котр может быть положительным или отрицательным.
В рассматриваемом разрезе при исследованиях на средних частотах сейсмических волн (периоды колебания примерно 0,03 с) длина отраженной волны около 100 м, т. е. вся толща существенно менее длины волны. Коэффициенты отражения от отдельных пластов имеют разные знаки. В таблице приведены некоторые параметры, характеризующие скоростную дифференциацию в отложениях различных генетических типов: количество слоев, число границ с положительными и отрицательными значениями Котр, имеющими величины более 0,05 (т. е. достаточно «жесткие» отражающие границы для конкретных типов разрезов), минимальные и максимальные мощности однородных пластов. По совокупности этих параметров установлено различие для баровых, забаровых, пляжевых и других генетических типов отложений по дифференциации скоростей и мощностей в литологически однородных слоях.
Поскольку рассматриваемая толща - тонкослоистая среда, отраженная волна, соответствующая ей, является суммой отраженных волн от каждой из границ раздела. Условия интерференции (суммирования) волн от каждой границы зависят от мощности однородного слоя, скорости их в нем, коэффициентов отражения (амплитуд волн) и других параметров. Величины, определяющие условия интерференции (а значит, и характер суммарной волны), варьируют по латерали - соответственно изменяется и форма записи суммарной отраженной волны.
Особенности формирования отраженных волн по профилю I-I изучены путем математического моделирования волновых полей. Теоретические расчеты синтетического волнового поля выполнены с использованием программы GESINTN. В качестве падающего импульса использован импульс Берлаге с преобладающей частотой 30 Гц. Моделирование осуществлено в интервале разреза от кровли георгиевской свиты до подошвы надугольной пачки (рис. 3). Суммарная отраженная волна представляет собой волновой пакет, состоящий из четырех-пяти экстремумов, динамические характеристики которых (амплитуды, периоды и др.) не выдержаны по профилю. Анализ формирования волнового поля показывает, что наиболее интерференционная запись зафиксирована в юго-восточной части площади за счет увеличения мощности георгиевской свиты до 20-30 м (0,2- 0,3 длины волны). Наиболее четко фиксируемые экстремумы в нижней части записи соответствуют пластам Ю11 и Ю12, а начальная часть записи - кровле георгиевской свиты. К северо-западу мощность последней уменьшается, что соответствует схождению 1-й и 2-й фаз (в районе скв. 11, 14, 13 Верх-Тарских). Наблюдается перераспределение интенсивности 1, 2, 3-й фаз во временном окне, соответствующем пластам Ю11 и Ю12. Более стабильное волновое поле отмечено северо-западнее скв. 5 Мало-Ичской. На этом участке положительный и следующий за ним отрицательный экстремум формируются благодаря влиянию пласта Ю11, если его мощность более 7 м. Большое влияние на изменение характеристик этих фаз оказывают мощности литологически однородных пластов и скоростные перепады на их границах, а при меньшей мощности пласта Ю11 на формирование отрицательного экстремума - нижележащие границы. Итак, в образовании волнового поля участвуют не только пласты Ю11 и Ю12, но и границы между подстилающей и перекрывающей толщами. При визуальном анализе волнового поля по рисунку записи генетические типы и их границы не выделяются, как при сейсмостратиграфическом анализе.
Для определения генетических типов выполнен специальный количественный анализ особенностей волнового поля по характеристикам формы записи [2].
Исследования показали, что изменение формы записи одной или двух интерференционных фаз можно описать с помощью восьми характеристик (см. рис. 3, б). Каждый из графиков отражает количественное изменение соответствующего признака вдоль профиля. Смена отложений подводных отмелей пляжевыми, лагунными, забаровыми, баровыми, предбаровыми, мелководно-морскими четко фиксируется по колебанию величин 3, 7, 8-й характеристик. Они отражают суммарное влияние на формирование волнового поля ряда факторов: мощности пласта Ю11, скоростной дифференциации и числа литологически однородных слоев. Характеристики, отражающие только изменчивость скоростной дифференциации или мощности, не информативны при выявлении отложений различных генетических типов.
Выводы
Проведенные исследования показали, что данные сейсморазведки могут быть использованы для прогноза условий терригенного осадконакопления при изучении отложений, мощность которых меньше длины волны. Информативные признаки смены условий осадконакопления - динамические характеристики формы записи, которые подчеркивают влияние особенностей строения отложений тех или иных генетических типов на формирование волнового поля. Для определения соответствующих характеристик необходимо: а) построить литолого-фациальные профили по данным ГИС, включая АК, на основе детального генетического анализа отложений; б) составить скоростные и по возможности плотностные модели выделенных генетических типов отложений; в) смоделировать волновые поля и сопоставить их с экспериментальными полевыми материалами; г) изучить влияние деталей строения и состава отложений на формирование волнового поля; д) определить информативные характеристики формы записи для прогноза смены условий осадконакопления.
Сейсмогеологическое моделирование необходимо включить в программу комплексных исследований при прогнозе и поисках ЛСК типов ловушек нефти и газа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Галаган Е.А., Тальвирский Д.Б. Формирование и прослеживание отраженных волн в тонкослоистых средах.- Сов. геология, 1982, № 9, с. 100-105.
2. Галаган Е.А., Литвинов А.Я. Методика выбора информативных признаков формы записи при обработке сейсмической информации в ИДС-1 «Залежь».- В кн.: Новые геоакустические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. М., 1982, с. 63-68.
3. Динамические характеристики сейсмических волн в реальных средах / И.С. Берзон, А.М. Епинатьева, Г.Н. Парийская и др. М., Изд-во АН СССР, 1962.
4. Рациональный комплекс геолого-геофизических исследований при поисках залежей нефти и газа в ловушках литологического, стратиграфического и комбинированного (ЛСК) типов / С.П. Максимов, В.Я. Широков, А.А. Гусейнов и др.- В кн.: Методика поисков стратиграфических и литологических залежей нефти и газа. Баку, 1983, с. 5-6.
5. Сейсмическая стратиграфия. Ч. I. Под ред. С. Пайтона. Пер. с англ. М., Мир, 1983.
Поступила 1/VIII 1984 г.
Таблица Характеристика строения и физических свойств георгиевской и васюганской (надугольная пачка) свит
|
Генетический тип отложений, скважина |
Изменение величин скоростей в литологически однородных слоях, км/с |
Мощность пласта Ю11, м |
Мощность георгиевской свиты, м |
Суммарная мощность пачки, м |
Число слоев в пачке |
Число отражающих границ |
Число границ с Котр более 0,05 |
Максим. мощность литологически однородных слоев, м |
Миним. мощность литологически однородных слоев, м |
||||
|
песчаники |
алевролиты |
глины |
известковистые алевролиты |
с положительными Котр |
с отрицательными Котр |
||||||||
|
Мелководно-морские |
|||||||||||||
|
Тай-Дасская, 2 |
3,8-4,1 |
3,4-3,9 |
3,0-3,2 |
5,0 |
16 |
39 |
58 |
14 |
8 |
6 |
5 |
4 |
2 |
|
Предбаровые |
|||||||||||||
|
Верх-Тарская, 10 |
4,4-4,5 |
3,8-4,3 |
3,0 |
5,5 |
20 |
20 |
52 |
10 |
3 |
7 |
6 |
7 |
2 |
|
Баровые |
|||||||||||||
|
Мало-Ичская, 3 |
3,9 |
3,1 |
2,7 |
|
15 |
14 |
50 |
6 |
1 |
5 |
2 |
14 |
2 |
|
» , 2 |
4,2 |
3,9-4,3 |
3.4 |
4,7 |
16 |
14 |
45 |
8 |
4 |
4 |
3 |
8 |
2 |
|
Верх-Тарская, 14 |
4,1 |
3,5-4,1 |
3,3 |
4,8 |
16 |
14 |
43 |
5 |
2 |
3 |
1 |
14 |
2 |
|
Забаровые |
|||||||||||||
|
Мало-Ичская, 7 |
4,0-4,2 |
3,3-3,8 |
3,3 |
- |
13 |
14 |
33 |
12 |
4 |
8 |
5 |
4 |
2 |
|
» , 4 |
4,0-4,4 |
3,4-3,9 |
2,9 |
- |
12 |
19 |
43 |
7 |
4 |
3 |
2 |
4 |
2 |
|
» , 6 |
4,1 |
3,9 |
2,8 |
- |
10 |
18 |
42 |
3 |
1 |
2 |
2 |
7 |
2 |
|
Верх-Тарская, 13 |
3,4-3,7 |
3,9-4,2 |
3,5 |
- |
14 |
14 |
42 |
12 |
6 |
6 |
5 |
4 |
2 |
|
Лагунные |
|||||||||||||
|
Мало-Ичская, 5 |
4,3-4,5 |
3,8-4,3 |
3,1 |
5,5 |
6 |
14 |
29 |
5 |
3 |
2 |
5 |
4 |
2 |
|
Пляжевые |
|||||||||||||
|
Верх-Чековская,1 |
3,9-4,3 |
- |
3.4 |
- |
5 |
6 |
15 |
4 |
3 |
1 |
1 |
4 |
2 |
|
Подводные отмели |
|||||||||||||
|
Зимняя, 2 |
|
3,0-3,2 |
3,0 |
- |
4 |
8 |
18 |
4 |
2 |
2 |
- |
2 |
2 |
Рис. 1. Литолого-фациальная карта отложений пласта Ю11 верхневасюганской подсвиты.
1 - палеосуша; 2 - песчаники; 3 - алевролиты; 4 - глины; генетические типы отложений: 5 - пляжевый, 6 - лагунный, 7 - забаровый, 8 - баровый, 9 - предбаровый, 10 - мелководный, 11 - подводных отмелей и островов; 12 - скважины; 13 - изогипсы палеорельефа, км; 14 - границы литолого-фациальных зон; 15 - линия профиля, км; 16 - границы палеоструктур
Рис. 2. Геологический (а) и литолого-фациальный (6) профили по линии I-I.
1 - уголь; 2 - известняки; 3 - интервальная скорость по данным АК. Остальные усл. обозн. см. на рис. 1
Рис. 3. Отображение смены отложений различных генетических типов на временном разрезе (а) и динамические характеристики отраженных волн (б).
1 - средняя амплитуда; 2 - средний период; отношение: 3 - максимальной амплитуды к средней, 4 - предыдущего экстремума к последующему, 5 - предыдущего полупериода к последующему; 6 - среднее отношение площади левой части фазы к правой; 7 - отношение площади левой части последней фазы к ее правой; 8 - среднее отношение площади к периоду; 9 - теоретические сейсмограммы; 10 - графики характеристик формы записи