К оглавлению	УДК 550.34.03
	© А.Г. Будагов, 1991

Методы, технологии в сейсморазведке (По материалам ВНИИгеофизики)

А.Г. БУДАГОВ (ВНИИгеофизика)

Изучение геологического строения Земли и поиски полезных ископаемых, в том числе нефти и газа, в современном мире немыслимы без применения геофизических методов разведки. Знание перспектив и возможностей долговременного развития геофизических методов позволяет наилучшим образом ориентировать планирование геологоразведочных исследований, конкретизировать постановку научных и опытно-конструкторских работ, определять политику технического перевооружения.

Основными направлениями ГРР на нефть и газ в настоящее время являются: поиски и разведка новых месторождений и залежей нефти и газа в районах с установленной промышленной нефтегазоносностью; поиски и разведка залежей нефти и газа в зонах развития ловушек неантиклинального типа на глубинах до 3-3,5 км, в первую очередь в районах с доказанной промышленной нефтегазоносностью; расширение нефтегазопоисковых работ в пределах континентального шельфа СССР.

Применительно к различным территориям страны конкретные геологические задачи обусловлены особенностями геологического строения и степенью их изученности. Этим также определяются соотношение между объемами исследований на региональном, поисковом и разведочном этапах, выбор применяемых методов, а также соотношение затрат на геофизические работы и бурение.

Рассматривая современное состояние и тенденции развития сейсморазведки на нефть и газ, приведем некоторые данные мировой практики. Так, в капиталистических странах с начала 80-х годов уменьшились ассигнования на геофизические работы и соответственно сократились их объемы: в 1982 г. объем работ в капиталистических и развивающихся странах превысил 4 млрд. долл., в 1984 г. уменьшился до 3,4 млрд. долл., в 1983 г. - до 2,8 млрд. долл. Сокращение объемов коснулось прежде всего сейсморазведки и особенно наземной. Одновременно с 1980-1982 гг. наблюдается уменьшение стоимости единицы сейсморазведочных работ. Например, средняя стоимость одной сухопутной мили в 1984 г. составляла 4010 долл. (без стоимости обработки), а в 1985 г. - 3290 долл. Это связано как со спадом деловой активности фирм, так и с использованием новых технических решений и технологий.

В СССР и в странах Восточной Европы аналогичные процессы не происходили. Наоборот, в последние годы существенно увеличился объем геофизических, в первую очередь сейсморазведочных работ, и возросла их стоимость за счет усложнения геолого-геофизических задач, обусловливающих применение существенно более сложных технологий.

Основным методом геофизической разведки в целом остается сейсморазведка, объем ассигнований на которую составляет более 90 % от общих затрат на полевые геофизические работы на нефть и газ. Затраты на другие методы в нефтяной геофизике как в СССР, так и за рубежом относительно невелики. Они составляют в СССР 3-5 % на гравиметрические и примерно столько же на электроразведочные исследования.

Современное состояние сейсморазведочных исследований, обусловленное особенностями развития научно-технического прогресса, геолого-геофизическими задачами и общими тенденциями в общемировом топливно-энергетическом балансе, характеризуется: усложнением геолого-геофизических задач, в том числе увеличением объемов работ по поискам и разведке ловушек неструктурного типа; существенным увеличением объемов регистрируемой информации; применением средств вычислительной техники на всех этапах технологического процесса производства сейсморазведочных работ от возбуждения сигнала до получения геологических результатов; необходимостью использования экологически чистых технологий; экономической целесообразностью; интеллектуализацией труда геофизиков, в первую очередь автоматизацией и механизацией работ; геологизацией геофизических исследований на основе использования интегрированных банков данных, в том числе банков знаний.

В методике проведения сейсморазведочных работ лидирующее положение занимает метод общей глубинной точки (МОГТ). С его помощью в профильном варианте выполняется основной объем сейсморазведочных работ как на суше, так и на море. Из модификаций сейсморазведки наибольшее внимание уделяется развитию высокоразрешающей многоволновой и трехмерной (объемной) сейсморазведки.

Высокоразрешающая сейсморазведка реализуется как с помощью методических, так и аппаратурных средств. В методическом отношении это связано с увеличением числа каналов записи, уменьшением расстояния между группами сейсмоприемников, уменьшением их числа в группах, использованием высокочастотных источников сейсмических колебаний. В аппаратурном отношении создаются специализированные сейсмостанции.

В многоволновой сейсморазведке в основном используются продольные и поперечные волны, возбуждаемые комбинированными вибраторами. Их совместное использование повышает разрешающую способность сейсморазведки по вертикали и позволяет получить сведения о вещественном составе и пористости отложений.

Особенно большое внимание сегодня уделяется трехмерной (объемной) сейсморазведке. Ее реализация осуществляется как обыкновенными многоканальными сейсмостанциями, так и телеметрическими системами. Трехмерная сейсморазведка обладает рядом преимуществ: большей глубиной исследований, высоким качеством и точностью определения контуров залежей при доказанной нефтегазоносности отложений, возможностью выявления прямых признаков наличия УВ, прослеживания разрывных нарушений в пределах отдельных структур, построения профилей в любом направлении и др. Стоимость съемки участка размером 45-50 км² составляет 1-2 млн. долл., поэтому трехмерную сейсморазведку применяют либо в сложных сейсмологических условиях, либо на стадии изучения сложнопостроенных нефтегазовых месторождений. В итоге удешевляется в целом процесс разведки за счет оптимизации размещения скважин. Наиболее эффективно применение этой методики при морских исследованиях.

Усиливается внимание к сейсмической томографии, основной идеей которой является воссоздание образа изучаемого объекта путем «просвечивания» его с разных сторон. Реализация этого принципа основывается на использовании данных ВСП с различным выносом, ГИС, межскважинной сейсморазведки. При этом появляются новые возможности определения литологических особенностей разреза, выявления различных ловушек, а также залежей нефти и газа.

Большое внимание уделяется и сейсмостратиграфическому методу. Его применение позволяет обеспечить расчленение сейсмического разреза на области отражений, соответствующие определенным осадочным комплексам, ограниченным поверхностями несогласия. Получение информации об условиях осадконакопления на основе изучения изменений различных параметров отражений позволяет оценить литологический состав пород и насыщающего поры флюида. В рамках сейсмостратиграфического метода широко используется обратное сейсмическое моделирование. Существенное развитие получила методика спектрально-временного анализа как составная часть структурно-формационной интерпретации данных высокоразрешающей сейсморазведки.

В области возбуждения сейсмических сигналов на суше очень четко проявляются тенденции снижения себестоимости километра профиля и вредного влияния на экологию. По-прежнему преобладают два вида возбуждения: взрыв и вибратор, однако происходит постепенное вытеснение взрыва вибратором, который становится универсальным средством возбуждения как продольных, так и поперечных волн.

Взрывное возбуждение используется там, где пока невозможно применение вибратора из-за крутых углов поверхности рельефа (свыше 15°). В то же время есть сведения, что фирма «Мертц» (США) разрабатывает вибратор, который может работать и на более крутых склонах. Есть проблемы использования вибратора в заболоченных районах, в промежуточных зонах суша - море, где их воздействие менее эффективно, а в отдельных случаях и просто невозможно. Взрывные методы становятся все более безопасными и эффективными. Взрывными источниками могут быть: взрывы в скважинах (до 20 кг ВВ на глубине 30 м); новые системы взрывных источников, распределенные по площади или объему (ЛДШ, барьерного типа и т. д.); взрывные системы, использующие различные новые виды ВВ (жидкие или газообразные). Вибрационные источники представлены широко спектром универсальных серво-гидравлических вибраторов, расположенных на различных специальных высокопроходимых транспортных средствах. Наибольшее распространение вибрационная сейсморазведка получила в США, где суммарный объем исследований этим методом составил свыше 50 % (в Западной Европе 25 %).

Морские источники - это усложненные конфигурации пневматических и газовых излучателей с комбинированием камер различного объема, число которых в одной группе может достигать 84. Применение этих типов источников позволяет свести к минимуму фазовые искажения и существенно упростить обработку.

В настоящее время в сейсморазведочных работах на нефть и газ используются различные регистрирующие системы.

Станция с линейным расположением блоков сбора, усиления, кодирования и регистрации данных с параллельной регистрацией данных (в реальном времени). Такие станции в основном появились в 70-е годы, но ограниченно продолжают выпускаться и сейчас. Максимальное число каналов у них, как правило, 96 при шаге дискретизации 2 мс.

Станции с последовательной передачей локально зарегистрированных данных (с предварительным усилением и кодированием) от периферийных телеметрических модулей в центральный пункт сбора и регистрации. Эти станции позволили увеличить число каналов от 300-500 (кабель) до 1024 (оптический кабель) и 4095 (радиоканал) при шаге дискретизации 2 мс.

Телеметрические станции, имеющие как кабельные линии связи, так и радиоканал, используемые в зависимости от типа местности, на которой происходит съемка.

Станции с кассетной записью и последующей перезаписью информации от одного или нескольких воздействий на стационарный магнитофон. Теоретически количество таких модулей, так же как и число каналов, неограничено.

Происходит постепенный переход к телеметрическим системам, что связано с расширением трехмерных систем наблюдений и требований повышения производительности работ. Практически уже созданы универсальные сейсморегистрирующие системы с неограниченным числом каналов и телеметрической передачей информации на центральный пункт сбора. Основными направлениями в области развития сейсморегистрирующей аппаратуры являются увеличение числа регистрирующих каналов, совершенствование и создание новых систем контроля за работоспособностью аппаратуры, значительное повышение гибкости и универсальности системы, возможность ее быстрой перестройки при изменении методики полевых наблюдений.

Повышение динамического диапазона регистрации накладывает определенные требования и на датчики сейсмических колебаний. Из огромного многообразия физических принципов, которые могли бы быть заложены в основу новых датчиков, наиболее подходящим является принцип оптического кодирования. Эти так называемые оптоволоконные (лазерные) сейсмоприемники могут работать и как обычные сейсмоприемники (по скорости смещения), и как акселерометры (по ускорению).

Последние позволяют существенно расширить и полосу рабочих частот.

Возможно, что в ближайшее время волоконно-оптические датчики будут широко распространены в морской сейсморазведке как наиболее приспособленные для работы в жидкой среде. Препятствием для широкого распространения оптоволоконных сейсмоприемников является их плохая приспособленность к механизированным установкам на профиле, а увеличение числа каналов обязательно поставит вопрос о механизации процесса установки датчиков на профиле. Поэтому нам представляется, что в будущем сохранятся обычные сейсмоприемники, усовершенствованные в направлении расширения полосы принимаемых частот или их модификации в виде сейсмоприемников-акселерометров. Шире будут использоваться комбинации сейсмоприемников продольных и поперечных волн, объединенных в общем корпусе. Возможно широкое использование трехкомпонентных сейсмоприемников и цифровых сейсмоприемников.

Усовершенствование вспомогательного оборудования - одно из самых перспективных направлений развития сейсморазведочной аппаратуры. Это различные системы электронного взрывания, системы управления невзрывными источниками (до 36 источников одновременно), приборы для проверки различных параметров сейсмоприемных устройств (геофонов, косы, соединительных клемм и т. д.), устройства для коммутации и позицирования выходов сейсмоприемной косы во время наблюдения по системе ОГТ. Разработаны различные конструкции, в том числе с использованием микрокомпьютеров. Например, микрокомпьютер совместно с коммутатором ОГТ управляет производством взрыва, при этом избирательно генерируется последовательность позиционного кода с целью подключения в цепь различных групп сейсмоприемников без отключения разъединяющих кос. Для морской сейсморазведки весьма актуально использование спутниковой связи для передачи информации, контроля и привязки судна.

Еще одним важным направлением является применение микрокомпьютеров в полевых системах сбора данных. Некоторые фирмы стали использовать компьютеры для этих целей еще с 1972 г. Основное назначение компьютера - контроль за демультиплексацией данных и записью истинных амплитуд пришедших сигналов на магнитную ленту. Кроме того, компьютер применяется для контроля работоспособности системы, анализа тестов проверки аппаратуры, проводимости и параметров сейсмической косы, управления взрывом и др. Такой компьютер легко стыкуется через контроллер с любыми регистрирующими системами, являясь достаточно гибким и высокопроизводительным.

В морской сейсморазведке распространены спутники связи, так как они используются не только для передачи информации, но и для привязки судна на акватории, а также выгодны при передаче информации на большие расстояния от места нахождения судна до вычислительного центра, который может находиться на другом конце земного шара. Это стало возможным благодаря широкому совершенствованию аппаратурного обеспечения ЭВМ на борту судна и успехам в коммуникации с помощью спутников.

Обработка сейсморазведочных данных повсеместно осуществляется с использованием сложных программных и аппаратурных комплексов, включая векторные и быстродействующие ЭВМ с быстродействием до 800 млн. операций в 1 с. Векторные ЭВМ предназначены прежде всего для обработки результатов сейсморазведки, особенно для реализации таких процедур, как полная трехмерная миграция. При этом реализуется возможность полиэкранного режима, наложения и сопоставления изображений из разных баз данных, прослеживание отдельных отражающих горизонтов, создание трехмерных цветных изображений и т. д.

В области обработки сейсморазведочной информации в СССР и за рубежом используются как универсальные ЭВМ общего пользования, так и вычислительная техника, специально созданная для обеспечения сейсморазведки. В СССР это ЭВМ линии ЕС ЭВМ и ПС, в рамках которой осуществляется создание машин второго и третьего поколений. По оценке экспертов из разных стран, среднее быстродействие ЭВМ будет расти ежегодно на 10- 20 % (рисунок).

Развитие микрокомпьютерной техники уже сейчас позволило использовать микрокомпьютеры для решения двух- и трехмерных интерпретационных задач. Фирма IBM в 1985 г. выпустила в качестве базовой ЭВМ типа IBM AT с объемом оперативной памяти 1 Мбайт, которая может быть, по желанию, расширена до 16 Мбайт. Используемые мониторы обладают высокой разрешающей способностью (используется система MSDOS), а стандартные диски имеют объем 440 или 880 Мбайт и могут быть при необходимости существенно расширены до 10⁹ Мбайт.

В настоящее время альтернативой больших ЭВМ (суперЭВМ) являются так называемые «реляционные» сети данных, основанные на использовании нескольких персональных ЭВМ, объединенных в единую вычислительную сеть, с возможностью доступа и обмена информацией между отдельными блоками данных, созданных на основе каждой из ЭВМ. Такая система обладает значительными преимуществами перед большой машиной, поскольку в несколько раз дешевле и простои такой ЭВМ не так убыточны. Кроме того, такие системы легко наращивать, учитывая конкретные нужды потребителя в вычислительных ресурсах. Возможности микрокомпьютерной техники позволяют создать вычислительный комплекс, который по быстродействию и объему памяти не уступает большой ЭВМ, а по стоимости в несколько раз даже дешевле.

Универсализация различных типов ЭВМ, делающая их все более совместимыми друг с другом, переносит центр тяжести на программные средства. От удачно выбранного программного обеспечения во многом зависит эффективная работа вычислительной системы.

Еще одним направлением в развитии обрабатывающих систем следует считать «интегрированную сеть данных». Суть ее сводится к тому, что все полученные геофизические, скважинные, геологические данные вводятся в многофункциональный обрабатывающий комплекс, состоящий из мощного центрального компьютера, оснащенного емким банком данных, подключенных к нему через высокоскоростные устройства связи нескольких компьютеризованных рабочих мест интерпретатора, каждое из которых имеет вычислительный модуль, периферийное устройство ввода - вывода, устройство отображения, хранения и связи, имеющие свои локальные базы данных, способные обмениваться с центральной ЭВМ данными и результатами. Интерпретатор, исходя из конечной цели, выбирает комплекс исходных данных и граф обработки, имея возможность визуального контроля и активного вмешательства в процесс обработки путем корректировки результата непосредственно на отображающем устройстве, в том числе используя обучение интерпретационных программ на основе сравнения модели и реального разреза с последующей коррекцией модели.

«Интегральные» системы - наиболее перспективный путь организации вычислительных сетей для обработки сейсмической информации. Такие системы, использующие телеобработку, имеют возможность распределять массивы данных и вычислительные операции на несколько ЭВМ в зависимости от возможности распоряжаться необходимыми ресурсами и профилями задания.

Abstract

Knowledge of prospects and possibilities of the long-term development of geophysical methods allows for best orientation of planning for geological exploration, concretization of scientific and development work organization, and for the definition of technical re-equipment policy.

Рисунок Рост производительности ЭВМ, используемых при обработке сейсмических данных:

1 - факт; 2 - прогноз; N - млн. операций в 1 с (с плавающей запятой)