Диссертация (Электромагнитные геометрические зондирования с донными косами при поисках углеводородов на мелководье), страница 4

границами Хашина-Штрикмана (Hashin and Shtrikman, 1963). Для двухфазной ГП(Carcione, Ursin and Nordskag, 2007):==++−2,(1.4a)−2.(1.4b)Аналитическая модель, известная как модель Бругмана-Ханаи-Сена (Brigemann-HanaiSen), хорошо описывает УЭС многих горных пород. В работе (Sen, Scala and Cohen, 1981)приведено аналитическое решение задачи о проводимости композита, состоящего изсферических включений различного радиуса с заданной суммарной объёмной долей и15вмещающей среды, и отмечено, что это решение соответствует эмпирическому закону Арчи.

Вболее общей постановке эта модель соответствует ранее разработанной в коллоидной химиимодели дифференциальной эффективной среды, которая рассматривает композит как результатпостепенного добавления малого количества материала в существующую смесь. Проводимостькомпозита является решением соответствующей задачи с начальными условиями относительно( ) (Mavko, Mukerji and Dvorkin, 2009).(0) =Для двухфазной среды с начальном условиеманалитическое решение может быть записано в виде (там же):=где,(1.5)равно 1/3 для сферических включений. Для непроводящего скелета:=/(1.6)Известны аналитические выражения для включений различных форм, а также длятонкослоистой среды (там же).Модели, связывающие свойства ГП с единственным параметром – УЭС (изотропнымили анизотропным), применяются в настоящее время в подавляющем большинстве случаев.

Этообъясняется следующими обстоятельствами. Связь между УЭС и параметрами горной породы пористостью, проницаемостью, водонасыщенностью и др. - хорошо изучена теоретически,лабораторно, и используется в скважинной геофизике с момента её возникновения. Начальнаямодель месторождения может быть построена на основании данных, которые измеряются вскважинах или в лаборатории.

Если необходимые константы известны из лабораторных данныхизучения керна, то полученные значения УЭС могут быть пересчитаны в содержания УВ. Вработе (Carcione, Ursin and Nordskag, 2007) на реальных данных показано, что лабораторноеизучение образцов керна и тестирование набора петрофизических моделей позволяетустановить статистическую связь между скоростью P-волн и УЭС в разрезе.

Существуютработы, в которых полевые данные инвертируются непосредственно в параметры горнойпороды, минуя стадию восстановления УЭС (Direct reservoir parameter estimation using jointinversion of marine seismic AVA and CSEM data.

G. M. Hoversten [et al.], 2006).Вторая группа моделей рассматривает как основной источник аномалий вторичныеизменения горных пород, возникающиепод действием УВ. Модели этого типаразрабатывались в работах (Сейфулин, Портнягин и Изотова,1986; Нетрадиционныегеофизические и геохимические методы поисков и разведки нефтегазовых месторождений.Савицкий и [др.], 1998; Корольков, 1987; Моисеев, 2002; Sternberg, 1991) и других. Во всех этихмоделях предполагается, под действием УВ, в том числе мигрирующих на поверхность,происходятизменениявокружающихивышележащихпородах.Сточкизренияэлектроразведки, эти модели предполагают, что в породах, окружающих или перекрывающих16залежь, повышается УЭС и появляются аномалии вызванной поляризации (ВП). Подобныммоделям присущ общий недостаток, связанный с резким возрастанием сложности модели посравнению с моделями рассмотренного выше типа, и, как следствие, в возрастаниигеологической нагрузки на модель.

Теоретическая разработка таких моделей связананеобходимостью статистического обобщения данных по большому числу месторождений вконкретном регионе.К этой же группе относятся модели, в которых основным поисковым признакомвыступают аномалии ВП (Sternberg, 1991; Pirson, 1982). Эти модели предполагают наличиеаномалий ВП над залежью УВ, связанной с зоной эпигенетических изменений, в качествекоторых обычно выступает пиритизация (Легейдо, Мандельбаум и Рыхлинский, 1996; He, Huand Dong, 2010; Benefits of the induced polarization.., 2009; Holten, Singer and Grude, 2010).Основной сложностью, связанной с разработкой этих методов, является недостаточный объёмскважинных и лабораторных данных о ВП на месторождениях. Практическое применение этихметодов затруднено тем, что измерение ВП в скважинах, а также определение содержанияпирита в образцах керна, почти никогда не выполняются на практике.

Влияние ВП обычносущественно слабее, чем изменения сигнала, связанные с вариациями УЭС. Это приводит кзаметным техническим трудностям, связанным с надёжным выделением сигналов ВП. Вместе стем известны впечатляющие примеры полевых работ с использованием моделей этого типа.Настоящая работа посвящена моделям первого типа – т.е. таким, где основнымпоисковым признаком является изменение УЭС.1.2 Обзор методов морской электроразведкиВ данном разделе приведён краткий обзор наиболее известных методов морскойэлектроразведки с активным источником, применяемых для поисков нефти и газа.

Этот обзорне претендует на освещение всех электроразведочных методов, когда-либо предложенных дляработы на акваториях. Так, в него не вошли методы, основанные на регистрации естественныхэлектромагнитных полей Земли. Широкое освещение этих и смежных вопросов можно найти вработах: (Сочельников, 1979; Ваньян и Шиловский, 1983; Бердичевский, Жданова иЖданов, 1989; Edwards, 2005; Пальшин, 2009; Constable, 2010).Среди морских методов, которые разрабатывались для зондирования глубоких частейразреза с целью поиска нефти и газа, в подавляющем большинстве случаев в качествеисточника применяется горизонтальная электрическая линия (ГЭЛ) или горизонтальныйэлектрический диполь (ГЭД). Источник такого типа достаточно просто реализуется технически,17его можно буксировать за судном и контролировать его геометрию. Используемые приглубоководных коммерческих работах силовые установки способны пропускать через морскуюводу ток 1000 А, что, при длине ГЭЛ 100 м, даёт момент источника до 100 кАм.

Примелководных работах, когда генератор монтируется на борту судна, величина пропускаемоготока может достигать нескольких килоампер (Improved target imaging with a high-power deckmounted CSEM source - a field example from the North Sea. F. Roth [et al.], 2013).На сегодняшний день наиболее известной методикой, применяемой для коммерческихморских электроразведочных работ с активным источником, является методика ControlledSource ElectroMagnetics (CSEM)1, разработанный в 1980-е гг.

в американском СкрипсовскомОкеанографическомИнституте(ScrippsOceanographicInstitute)(Controlled-sourceelectromagnetic sounding of the oceanic lithosphere. Cox [et al.], 1986). Подавляющая частьморских электроразведочных работ, в том числе и в денежном выражении, выполняется по этойметодике.CSEMпредставляетсобойгеометрическоезондированиенанесколькихфиксированных частотах в большом диапазоне разносов. Схема установки приведена нарисунке 1.2.Рисунок 1.2. Установка метода CSEM (из работы (Constable and Srnka, 2007)).При выполнении работ CSEM электрическое поле возбуждается горизонтальнойэлектрической линией. Длина линии обычно составляет 100-300 м.

Источник буксируется впридоннойтолще воды. Существуютразработки, предусматривающие поверхностноевозбуждения поля при работах на мелководье, о чём будет сказано ниже. Сигналрегистрируется автономными донными станциями, которые измеряют от двух ( E x , E y ) дошести ( E x , E y , E z ,1B x B y B z,,) компонент электромагнитного поля. Сигнал возбуждается иtttПрименение аббревиатуры CSEM в контексте данной работы обсуждается во Введении.18принимается на нескольких частотах в достаточно узком частотной диапазоне (обычно 0.15 Гц). Во время измерений судно движется по профилю, непрерывно генерируя сигнал. Силатока в источнике варьируется в пределах 1001000 А зависимости от применяемогооборудования и солёности воды.

Изначально CSEM разрабатывался для исследований на днеглубоких океанов. Генератор буксируется в придонной толще воды. Расчёты показывают, что вэтом, глубоководном, варианте, метод сближается с методами дальней зоны. При этомплотность тока в земле зависит в основном от разноса, и, в меньшей степени, от частоты2(Ваньян и Пальшин, 1993).Основной объём коммерческих работ на нефть и газ методике CSEM выполняетсянорвежской компанией ElectroMagnetic GeoServices ASA (EMGS). Скриппсовский институтостаётся ведущим разработчиком этого метода, концентрируясь в основном на академическихисследованиях океанской литосферы.В контексте данной работы представляют интерес глубинные измерения CSEM сдлинными приёмными линиями, описанные в работе (Chave, Constable and Edwards, 1992). Вработе (Behrens, 2005) описаны результаты эксперимента с линиями длиной 170 м,выполненные в Тихом океане.

Полезный сигнал на частоте ок. 4 Гц был выделен на удалениях20÷70 км. В результате измерений была оценено распределение УЭС океанской литосферы, атакже коэффициента анизотропии.В последние 5-7 лет увеличилось число работ, выполняемых на мелководье, где глубинасоставляет первые сотни и даже десятки метров.Если глубина моря менее 200 м, то CSEM с поверхностным возбуждением лишь немногопроигрывает придонному возбуждению по величине аномального сигнала при измерении вчастотной области (Shallow water CSEM.., 2010) (рисунок 1.3).Рисунок 1.3.

CSEM с поверхностным возбуждением (из работы (Shallow water CSEM.., 2010)).При поверхностном возбуждении оказывается ненужным сложное оборудование, необходимоедля проведения генераторной линии в придонной толще воды. Точность динамического2Асимптотическое поведение полей подробно рассмотрено в разделе 2.319позиционирования источника значительно увеличивается за счёт использования буксируемыхGPS-приёмников вместо гидроакустической системы с ультракороткой базой (USBL). Крометого, появляется техническая возможность увеличить питающий ток до нескольких килоампер(Improved target imaging.., 2013).Описываемая в данной работе модификация мелководных геометрических зондированийпримыкает к этой группе методов, технически отличаясь от них использованием донных линийв качестве приёмников и более простым устройством питающей линии (см.

раздел 2.1).Измерения во временной области (становление поля) с установками подобного вида неполучили большого практического распространения. На дне глубокого моря такие измеренияне эффективны, поскольку поздняя часть становления зависит почти исключительно от УЭСводы, а отклик от относительно плохопроводящей земли сосредоточен на ранних временах, гдеизмерение сигналов сопряжено с рядом технических сложностей.