EA026650B1 - Обнаружение углеводородов по данным пассивной сейсморазведки - Google Patents

Abstract

Предложен способ использования сейсмических данных от землетрясений для решения проблемы наличия низкочастотной лакуны в традиционных способах разведки на залежи углеводородов. Группу сейсмометров с частотной характеристикой в области низких частот до приблизительно 1 Гц размещают над подземной областью, являющейся объектом разведки, с расстоянием между ними, пригодным для разведки на залежи углеводородов (21). Производят сбор данных в течение длительного периода времени (недель или месяцев) (22). Выявляют отрезки данных (44), соответствующие известным событиям, из каталогов землетрясений (43). Эти отрезки данных анализируют с использованием таких способов, как, например, измерения запаздывания времени пробега (307) или вычисление функции приемника (46), а затем объединяют с геофизическими данными одного или большего количества других типов, полученных из области, являющейся объектом разведки, с использованием в некоторых вариантах осуществления способа совместного решения обратной задачи (308-310) для того, чтобы сделать вывод о физических характеристиках подземной области, указывающих на наличие или на отсутствие ее углеводородного потенциала (26).

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится, в общем, к разведке на залежи углеводородов и, в частности, к вынесению умозаключений о наличии или об отсутствии углеводородов в подземных пластах. В частности, в этом изобретении предложен способ использования данных сейсморазведки, сгенерированных пассивными сейсмическими источниками, такими как, например, сейсмическая активность вследствие землетрясений, совместно с другими геофизическими данными для разведки на нефть.

Предпосылки создания изобретения

Используемые в настоящее время способы сейсморазведки на залежи углеводородов, в основном, основаны на применении активных сейсмических источников, то есть источников, управление которыми осуществляет оператор сейсморазведки, для генерации сейсмической энергии. Зарегистрированные сейсмические сигналы из таких источников используют для формирования изображений мест расположения отражающих горизонтов и для получения сведений о физических свойствах подземной среды. Однако используемые в настоящее время способы сбора данных сейсморазведки с активным источником не способны предоставлять надежные и полезные данные о низкочастотных волнах ниже примерно 6-8 Гц. (Более мощные взрывы, необходимые для генерации более низких частот, не приемлемы для сейсморазведочных работ из-за воздействия на окружающую среду и на людей). Более низкие частоты, отсутствующие в этих данных, содержат информацию о базовых тенденциях в свойствах породы. Кроме того, эта информация важна для обеспечения устойчивости решения обратной задачи по данным сейсморазведки перед суммированием и для управления им для получения правильного решения, и для получения абсолютных свойств породы в подземной среде. Эта техническая сложность (именуемая низкочастотной лакуной) делает усовершенствованные градиентные алгоритмы решения обратной задачи/построения изображений по данным сейсморазведки бесполезными в проблемных областях данных, где обычные способы обработки данных сейсморазведки, как известно, не действуют.

Используемые в настоящее время методы решения проблемы низкочастотной лакуны включают в себя оценку некоторой части недостающего спектра в модели геологической среды (обычно информацию в самом низу, в диапазоне 0-2 Гц) и могут включать в себя анализ скоростей на основе кинематических поправок (см. публикацию Пи, Ап апа1уйса1 арргоасЬ Ю т1дгайоп νοίοοίΐν апа1у818, ОеорЬу8Ю8 62, 1238-1249 (1997)), или методы отражательной томографии (см. публикацию Ро88 с1 а1., Эср1Н-соп5151сп1 гейесйоп ЮтодгарНу и8шд РР апй Р8 8е18тю йа1а, ОеорЬу8Ю8 70, и51-И65 (2005)), или построение моделей подземной среды по интерпретации данных сейсморазведки главных отражающих горизонтов, наблюдаемых в двумерных или в трехмерных данных сейсморазведки методом отраженных волн. К сожалению, этот подход не имеет успеха, если в данных до суммирования не может быть найдена удовлетворительная отображаемая скорость.

Необходим источник данных, заполняющих низкочастотную лакуну, и способ использования таких данных для дополнения прогнозов и анализов, сделанных по данным сейсморазведки, которые являются чрезвычайно полезными при разведке на нефть и при добыче нефти.

Краткое изложение сущности изобретения

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предложен способ обнаружения углеводородов в подземной области с использованием данных сейсморазведки с пассивным источником совместно с геофизическими данными по меньшей мере одного другого типа, содержащий следующие операции:

(a) получают данные сейсморазведки с пассивным источником для подземной области, при этом приемниками для сейсморазведки являются сейсмометры, размещенные обычно над упомянутой подземной областью и расставленные для разведки на залежи углеводородов, причем упомянутые сейсмометры являются пригодными для сейсмологического обнаружения землетрясений в планетарном масштабе, и при этом упомянутые данные сейсморазведки с пассивным источником включают в себя по меньшей мере одно событие, указанное в таблице землетрясений и оцененное как имеющее доминирующую частоту в подземной области в диапазоне от 0 до 8 Гц на основании магнитуды упомянутого по меньшей мере одного события и расстояния от подземной области;

(b) получают геофизические данные по меньшей мере одного другого типа для подземной области, выбранные из группы, состоящей из данных сейсморазведки с активным источником, данных электромагнитной разведки с управляемым источником, магнитотеллурической, магнитной и гравиметрической разведки;

(c) получают модель физических свойств, которая дает значения по меньшей мере одного физического свойства в различных местах в подземной области, путем одновременного использования по меньшей мере части данных сейсморазведки с пассивным источником и геофизических данных по меньшей мере одного другого типа; и (й) используют модель физических свойств для прогнозирования углеводородного потенциала под- 1 026650 земной области.

Люди, которые работают в области техники обработки геофизических данных, легко понимают, что для практических применений способа, предложенного в настоящем изобретении, по меньшей мере, вышеупомянутая операция (с) должна выполняться при помощи компьютера, то есть устройства обработки данных, запрограммированного согласно описанию настоящего изобретения, которое приведено ниже.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение станет более понятным со ссылкой на приведенное ниже подробное описание и на приложенные чертежи, на которых изображено следующее:

на фиг. 1 изображен схематический график, на котором проиллюстрирован частотный спектр данных различных типов;

на фиг. 2 - схема последовательности операций, на которой показано использование данных пассивной сейсморазведки и других геофизических данных для получения моделей физических свойств подземных пород для разведки на залежи углеводородов;

на фиг. 3 - схема последовательности операций, выполняемых в варианте реализации совместного решения обратной задачи из настоящего изобретения, в котором анализ данных пассивной сейсморазведки методом кинематической томографии объединен с информацией из геофизических данных другого типа (других типов);

на фиг. 4 - схема последовательности операций, выполняемых в варианте реализации совместного решения обратной задачи из настоящего изобретения, в котором решение обратной задачи выполняют по данным сейсморазведки методом отраженных волн, сгенерированным из данных пассивной сейсморазведки методом кросс-корреляции, совместно с геофизическими данными другого типа (других типов);

на фиг. 5 - схематичная иллюстрация способа синтезирования данных сейсморазведки методом отраженных волн по данным пассивной сейсморазведки с использованием метода кросс-корреляции;

на фиг. 6 - схематическая диаграмма, на которой показана схема задачи для совместного решения обратной задачи;

на фиг. 7 - схема, на которой проиллюстрировано то, как могут быть обновлены сетки для вычисления совместного решения обратной задачи с использованием градиентов;

на фиг. 8 - синтезированная форма волны функции приемника, полученная в результате обращения свертки сейсмограммы вертикальной составляющей из сейсмограммы горизонтальной составляющей для простой модели скоростей, показанной на вставке в чертеж;

на фиг. 9Ά-9Ό - схемы типичных сейсмических фаз, ожидаемых в формах волны функции приемника;

на фиг. 10 - схема последовательности операций, на которой показаны основные операции, выполняемые в одном из вариантов осуществления способа, предложенного в настоящем изобретении;

на фиг. 11 - график, на котором показана вычисленная область покрытия лучами от региональных и телесейсмических событий в разрабатываемом месторождении на западе Соединенных Штатов;

на фиг. 12 - график зависимости частотного спектра землетрясения, выраженного доминирующей частотой, от магнитуды землетрясения;

на фиг. 13 - на карте изображены аномалии по времени пробега относительно одномерной (1Ό) модели геологической среды;

на фиг. 14 - результаты для функции приемника, которые выявляют отражающие горизонты в неглубоком разрезе земной коры, где произошло преобразование приходящих продольных волн (Р-теауек) в поперечные волны (§-теауе8).

Изобретение будет описано со ссылкой на варианты его осуществления, которые приведены в качестве примеров. Однако поскольку приведенное ниже описание отражает специфику конкретного варианта осуществления или конкретного варианта использования настоящего изобретения, то подразумевают, что оно приведено только лишь в иллюстративных целях, и что его не следует истолковывать как ограничивающее объем патентных притязаний настоящего изобретения. Наоборот, подразумевают, что оно охватывает все альтернативные варианты, видоизменения и эквиваленты, которые могут подпадать под объем изобретения, определяемый прилагаемой формулой изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения, которые приведены в качестве примеров

Другие типы геофизических данных помогают заполнить интервал отсутствующих частот ниже частот из данных сейсморазведки с активным источником в ограниченной степени. На фиг. 1 приближенно показано то, где различные типы геофизических данных соответствуют чертежу. Кривая 11, обозначенная сплошной линией, отображает данные сейсморазведки с активным источником. Приблизительный полезный диапазон частот для данных электромагнитной разведки с управляемым источником (С8ЕМ) представлен кривой 12, а кривая 13 показывает диапазон частот для данных гравиметрической разведки и данных о скоростях с введенными нормальными кинематическими поправками (ΝΜΟ). Даже с этими данными известных типов, которые являются дополняющими в области очень низких частот, остается интервал 10 отсутствующих частот. В настоящем изобретении для заполнения этого интервала используют данные сейсморазведки с пассивным источником, в основном, данные о землетрясениях, и в нем

- 2 026650 изложена идея того, как следует использовать эти данные.

Данные пассивной сейсморазведки потенциально могут заполнить этот интервал, поскольку такие данные могут быть богаты информацией о низких частотах. Землетрясения, включающие в себя сотрясения, вулканическую активность и возмущения со всеми магнитудами, и приливные волны являются примерами пассивных сейсмических источников, которые могут быть определены как сейсмические сигналы, сгенерированные источниками природного происхождения или искусственными источниками, которые не используют целенаправленно в программе сбора данных сейсморазведки. Искусственные возмущения могут присутствовать в виде шума, поскольку может оказаться невозможным полностью исключить случайные события, такие как, например, реверберации при строительстве дорог, от желательных данных о землетрясениях. Кривая 14 на фиг. 1 указывает приблизительный диапазон частот, который могут обеспечить землетрясения. Очевидно, что кривая 14 очень целесообразно расположена относительно интервала 10. На фиг. 1 особо заметно то, как данные сейсморазведки с пассивным источником дополняют данные сейсморазведки с активным источником с точки зрения ширины полосы частот. Однако также может оказаться целесообразным объединение данных о землетрясениях, например, с данными электромагнитной разведки с управляемым источником (разведки методом С8ЕМ) (или с данными магнитотеллурической или гравиметрической разведки), для создания превосходной модели скоростей для глубинной миграции, в особенности, в областях со сложной геологической структурой неглубокого залегания, таких как, например, подбазальтовые, подсолевые и складчато-надвиговые пояса, где стандартные способы оценки скоростей работают не очень хорошо. Поскольку сейсмический источник не находится непосредственно на поверхности над интересующей областью, то данные пассивной сейсморазведки являются результатом прохождения акустических волн через землю к сейсмоприемникам, расположенным на поверхности, а не отражения сейсмических волн на границах раздела непосредственно над и под интересующей областью, которое является основой для сейсморазведки с активным источником.

Землетрясениями, представляющими наибольший интерес для этого изобретения, являются крупные события (обычно с магнитудой более 3,0), которые, вероятно, происходят далеко от интересующей области (на расстоянии от сотен до тысяч километров от нее). На фиг. 12 показана зависимость вычисленного частотного спектра землетрясения от магнитуды землетрясения. Чем более крупным является землетрясение, тем больше в нем энергии в низкочастотном диапазоне, которую оно стремится испустить. Кроме того, земля действует как фильтр, а это означает, что чем дальше происходит землетрясение, тем сильнее затухнут высокие частоты. Следовательно, большие землетрясения, которые происходят далеко, достигнут пункта наблюдения с более низкочастотным спектром, то есть с более низкой доминирующей частотой, чем землетрясения аналогичной или меньшей магнитуды, происходящие ближе к пункту наблюдения. Землетрясения с магнитудой большей чем 3,0 или 4,0, будут, вероятно, содержать энергию в диапазоне частот, желательном для этого изобретения, то есть в интервале 10 отсутствующих частот, хотя тем, что, в конечном счете, определяет количество выделяемой энергии, является сброс напряжения. Следует отметить, что землетрясения, которые необходимы в этом изобретении для предоставления информации о низких частотах, отличаются от микроземлетрясений, которые используют для мониторинга добычи газа и нефти. Микроземлетрясения возникают вследствие сдвига в очень малых разломах и, следовательно, имеют типичный частотный спектр от десятков до сотен Г ц, который может, вероятно, внести вклад в получение лучшего результата, но не может помочь заполнить низкочастотный интервал, указанный на фиг. 1.

Землетрясения обеспечивают более низкочастотные колебания, чем сейсмические источники, управляемые человеком, вследствие магнитуды возмущения, которая увеличивает низкочастотное содержимое. Например, землетрясение с магнитудой 1,0 приблизительно эквивалентно высвобождению энергии от взрыва приблизительно 70 фунтов тротила (ΤΝΤ) (взрыв строительной площадки среднего размера), который является более сильным, чем большинство взрывов, предназначенных для сейсморазведки. Землетрясение с магнитудой 2,0 аналогично взрыву 1 метрической тонны тротила, а землетрясение с магнитудой 4,0 приблизительно эквивалентно высвобождению энергии от взрыва 1000 т тротила (малый ядерный взрыв). Другими примерами являются, в том числе, извержение на горе Сент-Хеленс (δΐ. Не1еик) 1980 г., которое высвободило энергию, эквивалентную землетрясению с магнитудой 7,8 (или свыше 500 мегатоннам тротила), и извержение вулкана Кракатау (КгакаЮа) 1883 г., которое высвободило энергию, эквивалентную землетрясению с магнитудой 8,5 (или приблизительно 5,6 гигатоннам тротила). Более подробная информация об источниках природного происхождения может быть получена в Геологической службе США, например, на Интернет-странице по адресу:

1Шр://11УО.\уг.и5е5.8ОуЛ'о1сапо\уа1с11/2008/08 02 21.Ытк

В течение десятилетий сейсмологи во всем мире использовали данные, зарегистрированные от землетрясений природного происхождения, для построения изображений недр Земли в крупном масштабе. Типичные способы извлечения информации из этих данных включают в себя измерение запаздывания времен пробега и реализацию метода кинематической томографии. См., например, следующие публикации: О/1е\уоп5к1 аиб Вотапо\\ус/. Оуег\ае\у οί Уо1ите I: Бе18то1о§у аиб 51гис1иге οί Не ЕаПН. Тгеайке οί ОеорЬу81С8 Уо1. 1, опубликована издательством Е15е\аег (2007); Кйъета, апб уаи Неук:, Бе18т1с 1тадшд

- 3 026650 оГ 81гис1ига1 Не!егодепейу ίη ЕайЬ'з МапИе: ЕуШспсс Гог Ьагде-8са1е МапИе Ηο\ν. §аепсе Ргодгезз 83, 243-259 (2000); Э/1е\уопзк1 апб Апбегзоп, РгеНтпагу РеГегепсе Еаг/Ь Мобе1 (РРЕМ), РЬуз. Еаг!Ь Р1апе!. [Шег. 25, 297-356 (1981); Котапо\ую/. ТЬе 3Ό 81гис1иге оГ 1Ье Ьо\усг МапИе, Сотр!ез Репбиз Асаб. δαепсез 335, 23-36 (2003); Моп!еШ е! а1., ИпЬе-Ргедиепсу ТотодгарЬу Реуеа1з а Уапе1у оГ Р1итез ш 1Ье МапИе, 8с1епсе 303, 338-343 (2004). Другие способы включают в себя анализ преобразованных фаз посредством функций приемника и получение оценок структуры разрыва и/или рассеянного волнового поля; см., например, публикации Ьапдз!оп, 81гис1иге Ипбет Моип! Кштет, АазЫпд!оп, 1пГеггеб Ггот Те1езе1зшю Вобу Аауез, ί. ОеорЬуз. Рез. 84, 4749-4762 (1979); и РЫппеу, δΙπκΙηΐΌ оГ 1Ье ЕайЬ'з Сгиз! Ггот 8ресйа1 ВеЬауюит оГ Ьопд-Рейоб Вобу Аауез, ί. ОеорЬуз. Рез. 69, 2997-3017 (1964). В публикации Шена и др. (8Ьеп е! а1.) были взяты данные пассивной сейсморазведки от землетрясений и использованы функции приемника для построения структуры разрыва геологической среды на глубине (например, разрыва на глубине 670 км или разрыва на глубине 410 км или даже на коре мантии Земли (разрыв поверхности Мохоровичича (МоЬотоуюю)) путем анализа сейсмических волн, которые были подвергнуты преобразованию фазы (то есть фазы волны, преобразованной из продольной (Р) в поперечную (δ)) (8Ьеп е! а1., МапИе И1зсопИпиИу δΙπκΙηΐΌ Вепеа1Ь !Ье δοи!Ьет Еаз! РасШс Р1зе Ггот РТо-δ Сопуейеб РЬазез, δ^ι^ 280, 1232-1235 (1998)).

В публикации Дот! 1пуегзюп оГ АсИуе апб Разз1уе δе^зт^с Эа1а ш Сеп!га1 1ауа, ОеорЬузюа1 1оитпа1 1п!етпаИопа1 170, 923-932 (2007) Вагнером и др. (Аадпег е! а1.) описано развертывание пассивной сейсмической сети из 120 сейсмометров вокруг вулкана Мерапи (Метар1) на сетке с интервалом 10-20 км. Сеть была дополнена 9 сейсмометрами на дне океана в воде. Сейсмометры регистрировали данные непрерывно в течение промежутка времени от 18 до 21 недели. Кроме того, были проведены трехмерные сейсмические эксперименты с активным источником в открытом море с использованием пневмопушек и сейсмоприемных кос. Было произведено совместное решение обратной задачи по этим двум наборам данных для получения модели скоростей с расстоянием между узлами сетки, равным 5 км. Было произведено совместное решение обратной задачи для значений времени пробега по первому вступлению из трех активных профилей отраженной сейсмической волны совместно со значениями времени вступления от 292 локальных землетрясений для улучшения модели скоростей, которая была получена только лишь с пассивными данными. См. также публикацию Визке е! а1., АсИуе апб Разз1уе δе^зт^с 1тадшд оГ !Ье δаηАпбгеаз-РаиЬ δуз!ет, Еигореап Оеозшепсез Ипюп АЪзНас! (2007).

Данные пассивной сейсморазведки уже использовались для разведки на залежи углеводородов и для мониторинга и определения характеристик пласта-коллектора способами, включающими в себя способы кросс-корреляции сейсмических трасс или интерферометрические способы, в которых осуществляют преобразование данных сейсморазведки методом проходящих волн в данные сейсморазведки методом отраженных волн; см., например, публикации С1аегЪои!, '^уйЬез1з оГ а Ьауетеб Мебшт Ртот Из АсоизИс Тгапзпиззюп Резропзе, ОеорЬуз. 33, 264 (1968); и Аарепааг, РеИтеушд !Ье Е1аз!обупашю Огееп'з РипсИоп оГ ап АгЪИтату 1пЬотодепеоиз Мебшт Ъу Сгозз Согге1аИоп, РЬуз. Реу. Ьей. 93, 254301 (2004). Сведения о попытках построения изображений подземной среды по данным пассивной сейсморазведки для разведки на залежи углеводородов могут быть найдены в следующих свежих публикациях: Айшап, 1шадшд Разз1уе δе^зт^с Эа1а ОеорЬуз., 71, по.4, δ1177-δ1187 (2006); НоЬ1 е! а1., Разз1уе δе^зт^с РеЯесНуНу 1тадшд νί/Ь Осеап-Во!!от СаЪ1е Иа!а, δЕО Ех!епбеб АЪзИас!, 1560-1564 (2006); Иипсап е! а1., Разз1уе δе^зт^с: δοте!Ь^ηд О1б, δοте!Ь^ηд Дсу, δеа^сЬ апб И1зсоуегу, АтИс1е #40154 (2005); и Итадопоу е! а1., М1дтаИоп Мебюбз Гог Разз1уе δе^зт^с Иа!а, δЕО ТесЬтса1 Ргодгат Ехрапбеб АЪзИас!з 23, 1560-1564. Однако вследствие ограничений в частотном спектре данных и недостаточных зон охвата для источника и приемника, данные пассивной сейсморазведки не оказались полезными для разведки на залежи углеводородов, за исключением их использования в области мониторинга пласта-коллектора и определения характеристик в продуктивной среде посредством микроземлетрясений (см. публикации δ.Λ. δЬар^^ο, е! а1., ОеорЬузюз 70, Р27-Р33; δ. δа^ка^ е! а1., Е1дЬ! Уеатз оГ Разз1уе δе^зт^с МопИойпд а! а Ре!го1еит Р1е1б ш Отап: А сазе з!ибу, δЕО Ех!епбеб АЪзИас!, (2008)). Используемый здесь термин микроземлетрясение (или микросейсмичность или микросейсм) относится к сейсмическим событиям природного происхождения с низкой магнитудой, происходящим под разведочными сейсмометрами, то есть в области, являющейся объектом разведки, или под ней. Такие события являются слишком слабыми для того, чтобы они были указаны в каталогах землетрясений или в аналогичных таблицах мест глобальных землетрясений. Во всех применениях для нефтедобычи, перечисленных в этом абзаце, их данные пассивной сейсморазведки были получены из очень локальной микросейсмической активности или из локального техногенного шума (бурение, судно, буровая установка и т.д.). Места микросейсмических землетрясений определяют путем измерения значений времени вступления и решения обратной задачи по этим значениям времени для определения места землетрясения.

В нескольких публикациях уже обсуждалось использование данных о землетрясениях или способов разведки на залежи углеводородов, включая те, которые рассмотрены ниже. Во всех этих статьях раскрыто использование близлежащих микроземлетрясений (не телесейсмических землетрясений) для решения обратной томографической задачи по улучшенным моделям для Ур и/или для Ур/У з. В отличие от этого, в предложенном в настоящем изобретении способе используют данные о землетрясениях, которые

- 4 026650 включают в себя по меньшей мере одно событие большой магнитуды совместно (одновременно) с геофизическими данными по меньшей мере одного другого типа (например, с данными активной сейсморазведки) для получения лучшей модели скоростей, или лучшего изображения миграции, или лучшего прогноза свойств породы, или лучшей оценки углеводородного потенциала. Совместное решение обратной задачи по данным активной сейсморазведки и по такому массиву данных пассивной сейсморазведки поможет уменьшить интервал отсутствующих частот или лакуну, который (которая) мешает решению обратных задач для активной сейсморазведки. Совместное решение обратной задачи по массивам данных пассивной сейсморазведки вместе с данными о потенциальных месторождениях, такими как, например, данные гравиметрической разведки, магнитной разведки или разведки методом С8ЕМ, даст данные наблюдений, совместно характеризующие различные свойства породы (например, скорость, удельное сопротивление, плотность), даже несмотря на то, что диапазон частот различных измерений является сходным.

В публикации УИта/, ЕаПбсщаке 8е15то1оду, Ехр1огабоп 8е15то1оду, апб Епдтеебпд 8е18то1оду: Ноте 8теее! ί! ίδ ЫЧепищ !о !бе Еабб, 8ЕС Аппиа1 Меебпд (2007) ее автором описаны три ширины полосы частот, три соотношения ширина-глубина и практические примеры для каждого случая.

1. Сейсмология землетрясений. Имеет ширину полосы частот до 10 Гц. В примере описана сейсморазведка методом преломленных волн, регистрация в 16 пунктах, выделение времен первого вступления и оценка распределения скоростей продольной и поперечной волн (до глубины 30 м) путем решения обратной задачи по этим временам пробега.

2. Сейсмология поисково-разведочных работ. Имеет ширину полосы частот до 100 Гц, но нижняя граничная частота равна приблизительно 4 Гц. В примере описана многоканальная двумерная сейсморазведка на большом удалении со взрывами и приемниками.

3. Инженерная сейсмология. Имеет ширину полосы частот до 1000 Гц. В примере описано использование сейсмоприемников с собственной частотой 10 Гц и взрывного источника для сбора сейсмограмм общего пункта взрыва, которые были подвергнуты обработке на отражения и преломления. Для получения профиля скоростей поперечных волн по глубине использовалось решение обратной задачи для релеевских волн.

В публикации МабаИк е! а1., 1и1едга1еб Ракктее 8е18т1с АесцщШоп апб Ме1бобо1оду, Саке 81иб1е5, Сеорбу8юа1 Ртокресбпд 54, 829-847 (2006) ее авторами описано использование микросейсмичности природного происхождения в качестве сейсмических источников. Под микросейсмичностью обычно подразумевают, что Мте<0. (Магнитуды землетрясения выражены в логарифмической шкале, и, следовательно, очень слабые землетрясения имеют отрицательные значения магнитуды). В конкретном примере разведки на залежи углеводородов описано 40 станций, охватывающих площадь 3000 км², которые регистрировали сейсмограммы в течение 10 месяцев (то есть расстояние между станциями составляло по меньшей мере 10 км). Было зарегистрировано в общей сложности 900 землетрясений, из которых половина (450) была использована для решения обратной томографической задачи, поскольку (1) место, где произошли эти 450 событий, было определено как расположенное внутри сейсмической сети, (2) они имели по меньшей мере 20 вступлений продольной и поперечной волн, (3) они имели погрешности оценки местоположения менее 1 км. Сетка для решения обратной задачи составляла 2 км на 4 км. Второй пример включал в себя регистрацию 200 микроземлетрясений с магнитудами в интервале между -0,5 и 3,0, определение местоположения гипоцентров и определение распределение скоростей путем решения обратной томографической задачи. В этом примере расстояние между станциями составляло 500 м. Авторы предполагают, что данные пассивной сейсморазведки могут быть использованы (1) в качестве инструмента разведки для оптимизации стоимости обычных трехмерных сейсморазведок и (2) в качестве дополнительного способа повторной интерпретации двумерных данных региональной сейсморазведки или повторной обработки двумерных данных сейсморазведки с использованием модели скоростей, полученной из данных пассивной сейсморазведки.

В публикации Т8е1епб8 е! а1., Ьоса1 Н1дб-Ке8о1ибоп Ракктее 8е18т1с Тотодгарбу апб Кобопеп №ига1 №!теотк8-Аррбсабоп а! !бе Кю-Апббо 8баб, Сеп!га1 Сгеесе, Сеорбукюк 72, В93-В106 (2007) ее авторами описана сеть для регистрации микроземлетрясений из 70 станций с расстоянием между станциями, равным 500 м, которой было зарегистрировано 220 локальных событий, которыми являлись микроземлетрясения. Эти события были использованы для определения одномерной модели скоростей. Затем эта модель была использована в качестве исходной модели для нелинейного решения обратной задачи для вычисления трехмерного распределения скоростей продольной и поперечной волн в земной коре, при котором одновременно были повторно определены места землетрясений и было получено решение для распределения скоростей итерационным способом. Найденные изображения для Ур и Ур/Ук были использованы в качестве данных, введенных в нейронную сеть для выявления заметных литологических особенностей в регионе.

В публикации Тотб е! а1., Аррбсабоп 8е18т1с 1п!ебетотебу !о №-Иига1 Еаббциакек Меакигеб бу 8та11-8са1е Аггау, 8ЕС Аппиа1 Меебпд (2007) ее авторами описано использование интерферометрических методов с использованием данных пассивной сейсморазведки (микроземлетрясения) для построения изображений подземной среды. Их способ аналогичен способу, описанному Артманом (Абтап) (в

- 5 026650 процитированной публикации) или в публикации 8с1гаддс с1 а1., Те1с8С18ппс 81ю1-РгоП1с МщгаОоп, Оеорйу8Ю8 71, 81221-81229 (2006)), но в ней особо рассмотрено использование данных от микроземлетрясений.

В публикации международной заявки на патент согласно РСТ \УО 2008/087505 (Типе Ксуегее Ке8сгуо1г Ьоса1|/а11оп). авторами которой являются Сэнгер и др. (8аепдег с1 а1.), раскрыт сбор данных пассивной сейсморазведки, решение обратной задачи по этим данным или, иными словами, обращение направления времени для этих данных для определения местоположения подземных коллекторов углеводородов по областям высокой амплитуды в выходных данных, выводимых на устройство отображения. Однако Сэнгер (8аепдег) основывается на том, что коллекторы углеводородов обладают свойством действовать в качестве резонатора низкочастотных сейсмоволн при приложении к нему механических сил на некоторой конкретной частоте. Сэнгер (8аепдег) не использует конкретные события, которыми являются землетрясения, и фактически расценивает землетрясения как шум, который должен быть устранен для того, чтобы мог наблюдаться сигнал, исходящий от коллектора углеводородов. Вследствие этого, путем обработки данных для определения местоположения резонатора Сэнгер и др. (8аепдег с1 а1.) предполагают, что ими было определено местоположение коллектора углеводородов. Один из чертежей (фиг. 8С), на котором показано это изобретение, примененное к реальным данным полевых исследований, весьма трудно интерпретировать, возможно, потому, что он представляет собой черно-белую репродукцию цветного изображения. В этой публикации кратко упомянуто то, что сейсмические сигналы вследствие, например, техногенных и промышленных помех могут внести вклад в нежелательный шум, который может быть удален способами обработки данных.

В публикации Каро1а8 с1 а1., Т1с Ьеар Ю Ра881уе 8е18пис 1тад1пд, 18 Й Типе?, 8ЕО Аппиа1 Меейпд (2004) ее авторами описано то, что целями решения обратной томографической задачи являются: (1) трехмерная информация о Ур (структурная) и (2) информация о Ур/У8 (литологическая) путем решения обратной задачи по временам пробега продольной и поперечной волн от микроземлетрясений природного происхождения. В статье сделан следующий вывод: предположение о том, что механизмы очага (описывающие разлом при землетрясении), тензоры напряжений и моментов (описывающие то, как высвобождалась энергия), и объемные значения Ь из пассивных данных может привести нас к лучшему пониманию распределения трещин и характеристик продуктивной зоны.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретение предложен способ использованиях данных о землетрясениях, представляющих собой пассивные источники, совместно с геофизическими данными по меньшей мере одного другого типа для разведки на залежи углеводородов. Сбор пассивных данных должен производиться путем съемки, которая спроектирована с высокой плотностью расположения сейсмоприемников, то есть расстояние между приемниками должно быть пригодным для разведки на залежи углеводородов. Расстояние между приемниками для разведки на залежи углеводородов обычно составляет менее 1 км, в предпочтительном варианте менее 250 м. Способы, разработанные в сообществе, занимающемся сейсмологией землетрясений, видоизменены для исследования объектов разведки, которые являются меньшими, чем такие крупномасштабные объекты разведки, как земная кора. В другом объекте настоящего изобретения получают модель (модели) свойств горных пород Земли путем совместного использования данных пассивной сейсморазведки вместе с несейсмическими геофизическими данными по меньшей мере одного другого типа, такими как, например, данные сейсморазведки методом отраженных волн с активным источником, данные электромагнитной разведки с управляемым источником (С8ЕМ), магнитотеллурической (МТ) разведки, магнитной разведки, гравиметрической разведки и разведки методом гравитационной градиентометрии. В настоящем изобретении предложен способ заполнения интервала отсутствующих низких частот или лакуны (между 0 Гц и ~5-8 Гц), который мешает реализации существующих в настоящее время способов сейсморазведки с активным источником, и улучшения совместного решения обратной задачи по множеству геофизических данных.

Данные о телесейсмических землетрясениях уже использовались для построения изображений распределения скоростей на глубине в крупном масштабе, но не для построения изображений структуры подземной среды в локальном масштабе (для разведки на залежи углеводородов). Ранее обычно полагали, что данные о землетрясениях, в особенности, о телесейсмических событиях, не пригодны для построения изображений в областях применения, связанных с углеводородами, поскольку источниками нельзя управлять (то есть они не происходят в желаемом месте или в желаемое время), и поскольку угол прихода таких лучей в приемник является почти вертикальным, вследствие чего точки, где происходит пересечение лучей, идущих в один приемник, и лучей, идущих в другой приемник, расположены на очень большой глубине. Там, где пересекаются лучи, является тем местом, где можно ожидать разрешения структуры и, следовательно, иметь приемлемую разрешающую способность для построения томографического изображения. Родственное возражение состояло в том, что для таких низких частот радиус зоны Френеля был бы настолько большим и, следовательно, разрешающая способность была бы настолько плохой, что построение изображения было бы неуспешным. Авторами настоящего изобретения было вычислено распределение пересекающихся лучей за шестимесячный период на разрабатываемом месторождении на западе Соединенных Штатов, где модель скоростей для подземной среды достоверно известна. На фиг. 11 показана область покрытия лучами, которая могла бы ожидаться на этом месторож- 6 026650 дении для расстояния между приемниками, равного 250 м, для известных телесейсмических плюс региональных событий, происходящих в течение периода времени с 1 января по 1 октября 2007 г. Телесейсмические лучи показаны черным цветом, а региональные события показаны серым. На фиг. 11 показано, что в отличие от традиционного мнения, данные о землетрясениях оставляют надежду на построение изображений структуры подземной среды в масштабе для разведки на нефть, поскольку они не проходят почти так же вертикально, как предполагалось, и имеют лучший охват, чем предполагалось ранее, в особенности, если такие данные собраны в течение длительного периода, например за шесть месяцев.

Авторами изобретения была развернута группа сейсмометров (с интервалом 250 м) на разрабатываемом месторождении на западе Соединенных Штатов на период времени приблизительно 6 месяцев, и данные сейсморазведки непрерывно регистрировались с частотой 100 выборок в секунду. Из предварительного анализа этих данных обнаружилось, что действительно могут быть произведены измерения относительного времени пробега (см. фиг. 13) и что измеренные относительные запаздывания (или опережения), вероятно, связаны с распределением скоростей на небольшой глубине. На этом чертеже цифрой 131 обозначены значения времени пробега, которые имеют запаздывание относительно одномерной модели геологической среды, а цифрой 132 обозначены значения времени пробега с опережением. Для некоторых из этих данных был выполнен анализ функции приемника. Посредством этого анализа могут быть обнаружены отражающие горизонты неглубокого залегания, такие как, например, подошва карбонатного тела толщиной 1 км (думали, что это подножие горы в этой области), а также главный надвиг, вывод о наличии которого был сделан посредством методов отраженных волн с активным источником, как показано на фиг. 14, где отражающие горизонты являются различимыми на неглубоком разрезе земной коры, где происходит преобразование приходящих продольных волн в поперечные волны. Преобразованные фазы, которые вступают через ~0,8 с после продольной волны, отображают границу между отложениями обломочной породы и гранитным геологическим фундаментом. Также виден наклонный отражающий горизонт, который соответствует нанесенному на карту надвигу в этой области. Фиг. 13 и 14 представляют собой черно-белые репродукции цветных рисунков или изображений данных, выведенных на дисплей, вследствие патентных ограничений. В этой работе предполагают, что данные о землетрясениях будут способны улучшить модели скоростей, используемые для миграции данных сейсморазведки и, следовательно, также для совместного решения обратной задачи по множеству геофизических данных.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения первая операция (операция 21 в схеме последовательности операций из фиг. 2) включает в себя пассивную сейсморазведку, специально предназначенную для разведки на залежи углеводородов. Эта схема предпочтительно включает в себя намного меньшее расстояние между станциями (например, <1 км), чем обычно используемое при работах по сейсмологии землетрясений (обычно оно составляет десятки километров). Меньшее расстояние между станциями и непрерывная или ждущая регистрация за длительный период времени (операция 22) предназначены для обеспечения возможности разрешения объектов разведки на малой глубине. Предложенный в настоящем изобретении способ может обеспечивать использование этого массива данных, включающего в себя землетрясения на всех расстояниях (локальные, региональные, телесейсмические), источники (природного происхождения или искусственные источники, не применяемые целенаправленно) и волны (объемные и поверхностные сейсмоволны) всех типов, и все магнитуды (в том числе микросейсмическую шкалу) в полном объеме. Затем могут быть применены (операция 23) стандартные способы, используемые в работах по сейсмологии землетрясений, такие как, например, томографические подходы, функции приемника или интерферометрические способы, видоизмененные, где это необходимо, для объектов меньшего масштаба, подходящего для разведки на залежи углеводородов, но эти примеры не являются ограничивающим признаком.

При выполнении операции 22 способа, предложенного в настоящем изобретении, может оказаться предпочтительным выполнение непрерывной регистрации в течение периода времени, например, от нескольких месяцев до нескольких лет для сбора данных от достаточного количества источников. Как правило, все события, которые могут быть обнаружены разведочными сейсмографами, регистрируют в диапазоне от микросейсмичности (очень слабые землетрясения в близлежащей к приемнику зоне) до сильных землетрясений на расстоянии тысяч километров. Существует нечетная классификация при оповещении о землетрясениях, где землетрясения классифицируют по расстоянию от их источника до приемника: локальные (в окрестности пункта наблюдения), региональные (расстояние между источником и приемником составляет до 3000 км), и телесейсмические (расстояние составляет 30-90°). В последнем случае сейсмические лучи проходят через мантию Земли. В табл. 1 показана информация, опубликованная Геологической службой США (υδΟδ), в которой продемонстрирована частота возникновения землетрясений (НЦр://пе1С.и585.доу/пе15/ец11515/ец51а15.Н1т1).

- 7 026650

Таблица 1

Магнитуда	Среднее количество за год
8 и выше	1 1
7-7,9	17 2
6-6, 9	134 2
5-5, 9	1319 2
4-4,9	13000 (оценочное)
3-3,9	130000 (оценочное)
2-2,9	1300000 (оценочное)

¹ На основании наблюдений с 1900 г.

² На основании наблюдений с 1990 г.

Землетрясения происходят в каком-либо месте в любой момент времени. Происходит бесконечное количество слабых событий, иногда именуемых микросейсмами (с магнитудой 2 или еще меньшей), до ~1 ежегодно с магнитудой 8 или большей. Землетрясение с магнитудой ~4,5 теоретически может быть зарегистрировано по всему миру.

Землетрясения определяют по моментам времени их возникновения и по их гипоцентрам (то есть по месту события в координатах х, у, ζ). Ученые, финансируемые Национальным научным фондом США, хранят каталоги землетрясений с магнитудой М\у>5,5, происходящих в любом месте в мире, и они сделаны общедоступными (публикуются ежегодно в журнале РЬузюз оГ 1Пс ЕайЬ апД Р1апс(агу Шетютв и размещены в сети Интернет). Опубликованные статьи, описывающие методологию, основанную на тензоре момента центроида (СМТ) для определения местоположения и описания землетрясений, включают в себя следующие: Όζίο\\·οη5ΐ<ί апД ШооДЬоизс, Ап ЕхрсптсШ ίη 1Нс §у81етайс 5>1иДу оГ О1оЬа1 8е18Ш1сДу: СспйтаД Мотет Тепзог §о1иДоп8 Гог 201 МоДснИс апД Ьагде ЕаШкщаксх оГ 1981, ί. ОсорЬу81. Кс8 88, 3247-3271 (1983); ΟζΚ\\ΌΠ5ΐ<ί с( а1., ОсЮпшпаЦоп оГ ЕагДкршкс §оитсс Рагатс1ст8 Ггот ШаусГотт Эа(а Гог §1иДю8 оГ 01оЬа1 апД Ксдюпа1 Зтзткйу, ί. ОсорЬуз. Кее. 86, 2825-2852 (1981); и ШооДЬоизс апД Όζ^^ό^^, Марршд (Не Иррег МапИс: ТНгсе Оппсп5юпа1 МоДейпд оГ ЕайЪ 5>1гис1игс Ьу 1пуст8юп оГ Зсюппс ШаусГоттз, ί. ОсорЬуз. Кее. 89, 5953-5986 (1984).

Для определения мест землетрясений, происходящих по всему миру, используют группы сейсмометров, расстановленные на постоянной основе в планетарном масштабе. Процедура определения местоположения землетрясения состоит в наблюдении моментов времени, в которые фронт волны проходит через каждую сейсмическую станцию. Вывод о местоположении, глубине и времени возникновения землетрясения обычно выносят путем решения обратной задачи по наблюдаемым значениям времени пробега. Способ обычно начинают с исходного предположения о местоположении гипоцентра, а затем данные о местоположении гипоцентра многократно обновляют до тех пор, пока не будет найдено окончательное местоположение, которое наилучшим образом прогнозирует наблюдаемые значения времени вступления в станциях в сейсмической сети. Пример данных из каталога землетрясений, в котором указаны магнитуды, моменты времени и места ряда землетрясений, приведен в табл. 2. Кроме того, каталоги землетрясений предоставляют больше информации о разломе, в котором произошел разрыв, например о его длине, об угле и о направлении сдвига.

- 8 026650

Таблица 2

Дата	Широта	Долгота	Глубина (км)	Магнитуда	Ме с т о	Исполь- зованный
						механизм
26/03/2008 07:02:37	58,19	-151,51	9, 1	4,9	М	РЕГИОН ОСТРОВА КАДЬЯК	Вручную
26/03/2008 07:02:37	63,245	-151,351	11	3, 6	МЪ	ЦЕНТРАЛЬНАЯ АЛЯСКА (США)	СЕР
26/03/2008 09:19:31	44,493	9,887	53	4,4	М5	СЕВЕРНАЯ ИТАЛИЯ	СЕР
26/03/2008 10:39:27	35, 657	81,717	10	5, 2	М3	ЮЖНЫЙ СИНЬЦЗЯН, КИТАЙ	СЕР
26/03/2008 11:36:53	55,284	163,152	22	4,8	М3	К ЗАПАДУ ОТ ПОБЕРЕЖЬЯ КАМЧАТКИ	СЕР
26/03/2008 11:37:53	47,034	152,682	63	5, 9	М3	КУРИЛЬСКИЕ ОСТРОВА	СЕР
26/03/2008 13:57:16	-22,132	-178,184	373	5, 0	М3	К ЮГУ ОТ ОСТРОВОВ ФИДЖИ	СЕР
26/03/2008	47,334	-122,331	23	2, 5	МР	ШТАГ ВАШИНГТОН (США)	СЕР

14:03:59

26/03/2008

20:06:05	13,572	144,916	65	5, 4	МВ	МАРИАНСКИЕ ОСТРОВА	СЕР
27/03/2008 01:07:13	36, 466	-113,594	5	3, 6	МЪ	ЗАПАДНАЯ АРИЗОНА (США)	СЕР
27/03/2008 01:28:11	36,562	-113,624	5	2, 6	МЪ	ЗАПАДНАЯ АРИЗОНА (США)	СЕР
27/03/2008 04:28:49	33, 62 7	-117,906	11	3, 9	МЪ	ЮЖНАЯ КАЛИФОРНИЯ (США)	СЕР
27/03/2008	37,926	-121,801	15	3, 2	мъ	ЦЕНТРАЛЬНАЯ КАЛИФОРНИЯ	СЕР

08:01:35 27/03/2008 09:42:59 (нет информации! 27/03/2008 12:13:17

27/03/2008

14:22:17

27/03/2008

19:25:41 27/03/2008 21:10: 02

27/03/2008

22:45:39

27/03/2008

23:07:44 (нет информации! 27/03/2008 23:23:07

28/03/2008 00:16:21 (нет информации) 28/03/2008 01:35:19 28/03/2008

02:46:49

28/03/2008

06:39:47

28/03/2008

16:35:56

28/03/2008

18:43:39 28/03/2008 20:00:11 28/03/2008 22:41:32 (нет информации) 28/03/2008 23:03:23 28/03/2008 23:04:55

29/03/2008

00:59:14 (4,809 19

СЕВЕР ГОНДУРАСА (нет информации)

33, 98	-118,4	12	2, 4	мъ	ЮЖНАЯ КАЛИФОРНИЯ (США)	СЕР
-7,81	107,993	113	4,9	МВ	ОСТРОВ ЯВА, ИНДОНЕЗИЯ	СЕР
-3, 867	141,932	70	5, 9	МВ	ОСТРОВ НОВАЯ ГВИНЕЯ, ПАПУА - НОВАЯ ГВИНЕЯ	СЕР
45, 975	142.531	317	4,4	МВ	ОСТРОВ ХОККАЙДО, ТЕРРИТОРИЯ ЯПОНИИ	СЕР
14,153	145,035	198	5, 9	МВ	МАРИАНСКИЕ ОСТРОВА	СЕР
59,165	-152,381	63	(нет	ин-

-16,421

34,949 25,

ЮЖНАЯ АЛЯСКА ,401 292

4 7

СГРОВ КРИТ (нет информации)

РАЙОН границы между ПЕРУ И БОЛИВИЕЙ

СЕР

СЕР

СГРОВ ХАЛЬМАХЕРА,

1,891	123,455	67	5, 9	МВ	ИНДОНЕЗИЯ	СЕР
52,59	-163,264	31	4,9	МВ	К ЮГУ ОТ АЛЯСКИ (США)	СЕР
					К ЮГУ ОГ ОСТРОВОВ
-32,836	179,257	365	5, 3	МВ		СЕР
					КЕРМАДЕК
6, 671	-73,004	149	5,1	М3	СЕВЕРНАЯ КОЛУМБИЯ	СЕР
-14,873	167,259	121	4, 6	МВ	ОСТРОВА ВАНУАТУ	СЕР
					К ВОСТОКУ ОГ КУРИЛЬСКИХ
46, 973	155,803	35	4, 6	МВ		СЕР
					ОСТРОВОВ·
			(нет	ин-
2 0,2 37	121,869	19

формации)

РЕГИОН ФИЛИППИНСКИХ ОСТРОВОВ

ВОСТОК ОСТРОВА ХОНСЮ,

39,596	141,956	74	4, 6	МВ	ЯПОНИЯ	СЕР
-17,861	168,413	156	5, 9	МВ	ОСТРОВА ВАНУАТУ	СЕР
					У ПОБЕРЕЖЬЯ ШТАТА
43, 399	-126,854	19	4,2	МВ		СЕР

ОРЕГОН (США)

29/03/2008
01:34:35	-43,099	-74,088	27	4,8	МВ	ЮГ Уили	СЕР
29/03/2008 01:53:36	1,076	126, 3	4	5, 4	МВ	СЕВЕР МОЛУККСКОГО МОРЯ	СЕР
29/03/2008 02:23:07	ο,...	126,836	16	5, 6	МВ	СЕВЕР МОЛУККСКОГО МОРЯ	СЕР
29/03/2008 03:01:34	13,259	125, 646	36	5, 8	МВ	РЕГИОН ФИЛИППИНСКИХ ОСТРОВОЕ·	СЕР
29/03/2008 05:43:44	18,921	-86,781	7	2, 8	МВ	РЕГИОН ПУЗРГО-РИКО	СЕР
29/03/2008 06:41:01	-11,418	-77,154	61	4,4	МВ	ВБЛИЗИ ПОБЕРЕЖЬЯ ПЕРУ	СЕР
29/03/2008 06:45:50	19,191	-64,819	19	3, 2	Мб	ВИРГИНСКИЕ ОСТРОВА	СЕР
29/03/2008 07:06:35	15,157	-95,738	$	3, 9	Мб	ВБЛИЗИ ПОБЕРЕЖЬЯ ШТАТА ОАХАКА, МЕКСИКА	СЕР
29/03/2008 08 : 09 : 46	20,229	121.948	15	5, 5	МВ	РЕГИОН ФИЛИППИНСКИХ ОСТРОВОВ	СЕР
29/03/2008 09:33:32	15,568	-97,598	11	3, 9	Мб	ВБЛИЗИ ПОБЕРЕЖЬЯ ШТАТА ОАХАКА, МЕКСИКА	СЕР
29/03/2008 12:31:25	-12,127	-77,155	51	5, 4	МВ	ВБЛИЗИ ПОБЕРЕЖЬЯ ПЕРУ	СЕР
29/03/2008 17:30:49	2,882	95,265	26	5, 9	МВ	У ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ ПРОВИНЦИИ СЕВЕРНАЯ СУМАТРА, И НДОНЕ ЗИЯ	СЕР
29/03/2008 18:27:06	32,369	-115,266		2, 8	МВ	ГРАНИЦА ШТАТОВ КАЛИФОРНИЯ (США) И БАЙЯ КАЛИФОРНИЯ (МЕКСИКА)	СЕР
29/03/2008 19:34:59	15,364	-92,823	94	4,3	МВ	РЕГИОН ГРАНИЦЫ МЕЖДУ МЕКСИКОЙ И ГВАТЕМАЛОЙ	СЕР
2008/03/29 19:50:23	2,783	95,343	46	4,7	МВ	У ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ ПРОВИНЦИИ СЕВЕРНАЯ СУМАТРА, ИНДОНЕЗИЯ	СЕР
29/03/2008 21:08:25	54,571	-161,637	43	5, 6	МВ	ПОЛУОСТРОВ АЛЯСКА	СЕР
29/03/2008 21:48:54	-17,158	-174,652	192	4,5	МВ	ОСТРОВА ГОНГА	СЕР
30/03/2008 00:55:23	16,866	-85,772	16	4,2	МВ	СЕВЕР ГОНДУРАСА	СЕР
30/03/2008 05:01:12	33,668	137,124	342	4,3	МВ	ВБЛИЗИ ЮЖНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ ОСТРОВА ХОНСЮ, ЯПОНИЯ	СЕР
30/03/2008 05:39:30	49,802	154,237	162	4, 6	МВ	КУРИЛЬСКИЕ ОСТРОВА	СЕР
30/03/2008	37,887	101,399	16	5, 1	МВ	ЦИНХАЙ, КИТАЙ	СЕР

08:32:27

Таким образом, в качестве части операции 23 изучают сейсмометрические данные из операции 22 и, вероятно, выявляют события, представляющие собой землетрясения. Собирают отрезки времени из сейсмограмм, полученных посредством сейсмометра, которые соответствуют этим выбранным сейсмическим событиям, и в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения не учитывают оставшуюся часть пассивных данных, которые включают в себя данные о микроземлетрясениях. Затем производят поиск по каталогу землетрясений для идентификации конкретного землетрясения, соответствующего каждому выбранному отрезку данных. Как объяснено выше, информация об источнике, в частности географическое положение, глубина и время, может быть получена из каталога землетрясений или из аналогичного источника. В альтернативном варианте для определения местоположения или для изменения местоположения происходящих событий могут быть использованы стандартные способы определения местоположения источника путем изучении значений времени вступления в постоянных сейсмических станциях, которые непрерывно регистрируют сейсмические данные по всему миру. Сведения о местоположении источника не требуются, если для обработки данных пассивной сейсморазведки используют интерферометрические и/или иные методы, основанные на шумах окружающей среды.

После такой предварительной обработки выполняют одновременную обработку данных пассивной сейсморазведки (операция 26) вместе с другими геофизическими данными (например, с данными сейсморазведки методом отраженных волн с активным источником, гравиметрической разведки, магнитной разведки, разведки методом С8ЕМ, магнитотеллурической (МТ) разведки и т.д.) для того, чтобы добиться лучшего ответа, чем тот, который был бы получен путем решения обратной задачи по любому только одному из типов геофизических данных по отдельности. (На фиг. 2 показана процедура сбора геофизических данных по меньшей мере одного другого типа из той же самой подземной области (операция 24) и предварительная обработка таких данных (операция 25), причем обе из этих операций квалифицированный специалист в данной области техники способен выполнить известными способами). Средство одновременной обработки получает информацию из двух или более наборов геофизических данных путем

- 10 026650 построения системы уравнений и путем ее решения либо как одной математической задачи оптимизации, либо путем последовательного решения каждого уравнения с чередованием того, какие параметры являются фиксированными, а для каких из них ищут решение.

Например, одновременной обработкой при операции 26 может являться совместное решение обратной задачи. Термин решение обратной задачи, определение которого дано здесь, означает автоматизированную процедуру для получения модели геологической среды, которая согласуется с результатами измерений, и обычно реализовано как проблема оптимизации, в которой минимизировано расхождение между измеренными данными и данными, синтезированными путем решения прямой задачи. При ручном моделировании путем решения прямой задачи на основе итерационных подходов пользователь обновляет модель для уменьшения расхождения между спрогнозированными и измеренными данными. Такое ручное моделирование путем решения прямой задачи, выполненное одновременно по данным пассивной сейсморазведки плюс данным по меньшей мере одного другого типа, является альтернативным способом выполнения операции 26. Способы решения обратной задачи по данным отдельных типов уже использовались в нефтедобывающей промышленности в течение многих лет. Их обычно используют для получения свойств подземных пород по данным активной сейсморазведки методом отраженных волн (см. публикацию Ли с1 а1., 811еаг-\7ауе Уе1осйу апб Иеизбу Екйтабоп йот Р8-\7ауе ЛУО АпаРъй: Аррбсабоп 1о ап ОВС Иа1а 8е1 йот ΝοήΕ 8еа, Оеорйукюк, 65, 1446-1454 (2000)) и для оценки удельной электропроводности подземной среды по данным электромагнитной разведки (см. публикации Сага//опе. е1 а1., 8ЕС Ехрапбеб АЪкйас! 24, Р575 (2005); С.А. №\утап апб И.Ь. А1итЪаидЬ, ТЬгее-О1теп8юпа1 Ма881уе1у Рага11е1 Е1ес1тотадпейс 1пует8юп - I. Тйеоту, Сеорйук. 1. 1п1., 128, 345-354 (1997)). Совместное решение обратной задачи по множеству данных является относительно новой концепцией в нефтедобывающей промышленности, но общепринятой в планетарной сейсмологии, где различные типы сейсмических волн часто анализируют совместно (то есть объемные сейсмоволны и поверхностные сейсмоволны). При совместном решении обратной задачи в идеальном случае невязку данных для данных множества типов оптимизируют одновременно с использованием гипотетических соотношений между соответствующими физическими свойствами, такими как, например, скорость продольной волны и удельная проводимость. Любое информационное содержимое, отсутствующее в геофизических данных, используемых при решении обратной задачи, потенциально может быть заполнено информацией из геофизических данных иного типа для уменьшения неопределенности в прогнозируемых моделях свойств породы.

Стандартные способы объединения множества геофизических данных обычно основаны на способах интерпретации, управляемой человеком, в которых человек разрабатывает гипотезу о структуре геологической среды на основании одного из типов данных (обычно на основании данных сейсморазведки методом отраженных волн), а затем определяет, действительно ли структуры, наличие которых спрогнозировано по другим геофизическим данным (например, по данным гравиметрической разведки, разведки методом С8ЕМ, магнитотеллурической (МТ) разведки и т.д.), согласуются с исходным предположением. Выполняемую вручную итерационную процедуру между различными типами данных продолжают до тех пор, пока не будет достигнут некоторый компромисс. Способ решения этого типа является чрезвычайно трудоемким, и его осуществление становится все более и более сложным, поскольку учитывают дополнительные типы данных. Практически сравнивают, самое большее, данные двух типов (например, сейсмические данные и данные разведки методом С8ЕМ), рассматривают только несколько моделей и большую часть имеющейся информации, содержащейся в данных только этих двух типов (например, фазу, эффекты, обусловленные зависимостью амплитуды отраженной волны от удаления (АУО), эффекты вне профиля и т.д.), просто игнорируют. Если имеются данные третьего типа (например, данные гравиметрической разведки), то их обычно сравнивают с данными только одного из других имеющихся типов (например, с сейсмическими данными), и итоговая модель, созданная путем итераций между данными этих двух типов, может плохо согласовываться с итоговой моделью, созданной путем итераций сейсмическими данными и данными разведки методом С8ЕМ. Таким образом, решение обратной задачи является предпочтительным по сравнению с моделированием вручную путем решения прямой задачи, хотя, как изложено выше, предложенный в настоящем изобретении способ включает в себя одновременное моделирование вручную путем решения прямой задачи по пассивным сейсмическим данным и по данным по меньшей мере одного другого типа, которое выполняют при операции 26.

В патенте США № 7328107, авторами которого являются Стрэк и др. (8йаск е1 а1.), схематично описан тип совместного решения обратной задачи по данным электромагнитной разведки с управляемым источником во временной области вместе с данными сейсморазведки (с активным источником). Какиелибо примеры или результаты тестирования не представлены. В публикации заявки на патент США № 2007/0294036, авторами которой являются Стрэк и Аллегар (8йаск апб А11едаг), раскрыт способ сбора и интерпретации данных электросейсмической и сейсмоэлектрической разведки, в котором предложено совместное решение обратной задачи по данным этих двух типов. Также предложено совместное решение обратной задачи вместе с данными электромагнитной разведки. Какие-либо результаты тестирования не представлены. В приведенных выше документах не раскрыто ничего относительно алгоритма совместного решения обратной задачи, но в статье 1ош1 1пует8юп оГ МТ, Стаубу апб 8еб1шс Иа1а Аррйеб 1о 8иЪ-Ва8а11 1тадшд (8ЕС №\у От1еаи8 2006 Аппиа1 Меебпд) ее авторами, Хейнке, Джегеном и Хоб- 11 026650 бсом (Нешске, 1едеп апб НоЬЬв), раскрыт алгоритм совместного решения обратной задачи, о котором сказано, что он способен обеспечивать решение обратной задачи по данным гравиметрической разведки, сейсморазведки методом преломленных волн и магнитотеллурической (МТ) разведки для одной общей модели геологической среды. Их задачей являлась разведка на залежи углеводородов под базальтовыми пластами.

Как упомянуто выше, в публикации в журнале Сеоркув. 1. 1п! 170, 923-932 (2007) Вагнером и др. (Аадпет е! а1.) описано совместное решение обратной задачи по данным активной и пассивной сейсморазведки в центре острова Ява. Задачей авторов является лучшая разрешающая способность для верхней части земной коры, а не разведка на залежи углеводородов. Авторами представлен алгоритм решения обратной задачи и данные тестирования. Поскольку пассивные данные содержались исключительно о малых, локальных землетрясениях, близких к интересующей области, то моменты времени и места землетрясений были неизвестны. Следовательно, о них нужно было строить предположения во время выполнения способа решения обратной задачи, который вводил ошибки скоростей из-за компромисса между скоростями и местами расположения источника. Поскольку места и значения времени для активных данных были известны, то добавление этих времен пробега к решению обратной задачи для времени пробега по пассивным данным помогло уменьшить этот компромисс и, следовательно, привело к улучшению оценочных значений скорости в земной коре. В отличие от этого, в предложенном в настоящем изобретении способе использованы более сильные землетрясения, места возникновения которых являются известными (содержатся в каталогах землетрясений), вследствие чего упомянутый выше компромисс не является проблемой. В настоящем изобретении совместное решение обратной задачи по массивам данных активной и пассивной сейсморазведки используют для совершенно иной задачи, а именно, для содействия в уменьшении интервала отсутствующих частот, что мешает решению обратных задач по данным активной сейсморазведки, что отражено требованием к землетрясениям, чтобы они обеспечивали заполнение интервала частот 0-8 Гц.

Совместное решение обратной задачи по данным электромагнитной разведки и сейсморазведки описано в публикациях Нои е! а1., Ке5егуо1г-Рагате1ег Иепбйсабоп Ившд М1штит Ке1айуе Еп!горуВавеб Вауев1ап Иуетвюп о! 8е1втю АУА апб Маппе С8ЕМ Иа1а, Оеорйувюв 71, 077-088 (2006) и Скеп апб Июкепв, ЕПссй о! ипсебаш1у ш Коск-Рйувюв Мобек оп Кеветуой Ратате1ег Евйтайоп Ившд Матте 8ектю АУА апб С8ЕМ Иа1а, АЬв1тас15 оП 1ке 771к Аппиа1 Меейпд, §оше1у оП Ехр1отабоп Оеоркувюкк, 457-461 (2007). См. также публикацию 1ирр апб Уо/оГГ. КевоМпд Апкойору ш Ьауетеб Меб1а Ьу Пш1 1пует5юп, Сеорку51са1 Ртовресйпд 25, 460-470 (1977).

Данные пассивной сейсморазведки могут использоваться совместно с данными других типов (операция 26) несколькими способами. На фиг. 3 показана схема последовательности операций, в которой информацию о времени пробега (кинематические данные) из данных пассивной сейсморазведки используют в варианте реализации совместного решения обратной задачи из настоящего изобретения посредством кинематической томографии. При операции 301 выполняют обработку данных пассивной сейсморазведки. При операции 302 распознают желательные вступления. При операции 303 выделяют моменты времени вступления для распознанных вступлений. При операции 304 выполняют построение исходных моделей подземной среды, включающих в себя модель (модели) скоростей распространения сейсмических волн и модели для других параметров (например, для удельной проводимости), значения которых влияют на данные остальных типов. При операции 305 прогнозируют другие геофизические данные, используемые при совместном решении обратной задачи, с использованием исходных моделей. При операции 30 6 производят оценку мест расположения источников и моментов времени возникновения событий в этих источниках по данным пассивной сейсморазведки с использованием исходной модели (исходных моделей) скоростей распространения сейсмических волн. При операции 307 прогнозируют значения времени пробега при вступлении от источников из операции 306 на основании текущей модели (текущих моделей) скоростей распространения сейсмических волн. При операции 308 вычисляют общую невязку данных между спрогнозированными и измеренными геофизическими данными. Невязка данных для данных пассивной сейсморазведки является мерой разности времени пробега между значениями времени вступления, вычисленными на основании текущей модели (текущих моделей) скоростей, и значениями времени пробега, выделенными из данных пассивной сейсморазведки. При операции 309 общую невязку данных сравнивают с заданным значением. Если общая невязка данных является меньшей, чем это заданное значение (или выполнено другое условие остановки), то выполнение способа решения обратной задачи останавливают, и конечным результатом решения обратной задачи является текущая модель (текущие модели) подземной среды. Если же общая невязка данных превышает заданное значение, то выполняют операцию 310, при которой обновляют модели подземной среды, и в способе решения обратной задачи возвращаются к выполнению операций 305 и 306 для другого цикла. Этот вариант реализации совместного решения обратной задачи с использованием пассивных данные является предпочтительным, когда пассивные сейсмические сигналы исходят от землетрясений, в которых могут быть выделены вступления желательных сейсмических волн.

На фиг. 4 изображена схема последовательности операций, на которой показан другой вариант реализации настоящего изобретения, включающий в себя совместное решение обратной задачи с использо- 12 026650 ванием данных пассивной сейсморазведки при операции 26. В этом варианте реализации настоящего изобретения используют кросс-корреляцию (см. процитированную публикацию Клербо (С1аегЬои1) (1968) или процитированную публикацию Вапенаара (^арепааг) (2004)) сейсмограмм по данным пассивной сейсморазведки для генерации данных сейсморазведки методом отраженных волн. При операции 401 выполняют обработку данных пассивной сейсморазведки. При операции 402 к данным пассивной сейсморазведки применяют метод кросс-корреляции для генерации сейсмограмм квазивзрыва. Для создания трасс, содержащих отражения от локальных подземных границ, может быть подвергнут обработке любой пассивный шум (см. процитированную публикацию Артмана (Лйтап) (2006)) или отчетливые вступления, соответствующие землетрясению, от удаленного источника (см. публикацию §Егадде е! а1., Те1еке18т1с §1ю1-РгоП1е МщгаОоп. ОеорЕукюк 71, §1221-81229 (2006)). Кросс-корреляция данных от пар приемников удаляет вступление прямой волны и создает трассу, составленную из отражений. Этот способ схематично проиллюстрирован на фиг. 5 для случая одной пары приемников. Кросс-корреляция этих двух приемников, К1 и К2, фактически представляет собой отраженный сигнал, проходящий из виртуального источника, расположенного в приемнике К1, к подземному отражающему горизонту и назад в приемник, расположенный в точке К2. Использование данных, полученных за длительное время прослушивания, может обеспечивать эффективное удаление случайных помех и оставлять только когерентные вступления, вызванные реальными отраженными волнами. Этот способ обеспечивает преобразование пассивных данных в несколько сейсмограмм квазивзрывов, где каждое местоположение приемника фактически становится взрывом.

При операции 403 выполняют построение исходных моделей подземной среды, включающих в себя модель (модели) скоростей распространения сейсмических волн. При операции 404 прогнозируют геофизические данные, иные, чем данные пассивной сейсморазведки, подлежащие использованию при совместном решении обратной задачи, с использованием исходных моделей. При операции 405 прогнозируют данные пассивной сейсморазведки, соответствующие сейсмограммам квазивзрыва из операции 402 с использованием текущей модели (текущих моделей) скоростей. При операции 406 вычисляют общую невязку данных между спрогнозированными и измеренными геофизическими данными. При операции 407 сравнивают общую невязку данных с заданным значением. Если общая невязка данных является меньшей, чем заданное значение (или выполнено другое условие остановки), то способ решения обратной задачи останавливают, и конечным результатом решения обратной задачи являются текущие модели подземной среды. Если же общая невязка данных превышает заданное значение, то выполняют операцию 408, при которой обновляют модели подземной среды, и способ решения обратной задачи повторяют, начиная с операций 404 и 405.

Ниже приведено более подробное описание способа совместного решения обратной задачи, который может использоваться в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения в качестве части операции 26. Однако важно понимать, что в настоящем изобретении может быть использован любой способ совместного решения обратной задачи для решения обратной задачи по данным о землетрясениях одновременно с геофизическими данными одного или более других типов, как при операции 26.

Совместное решение обратной задачи

Преимущества описанного здесь способа совместного решения обратной задачи не ограничены вариантами, где одним типом данных для совместного решения обратной задачи являются данные о землетрясениях, хотя этот вариант использования является главным в этой заявке на патент. Например, ктолибо может пожелать использовать обе части данных сейсморазведки с активным источником: высокочастотную и низкочастотную, при совместном решении обратной задачи по данным от землетрясений/разведки методом С§ЕМ/магнитотеллурической (МТ) разведки/гравиметрической разведки и/или по результатам других геофизических измерений. Фундаментальным аспектом предложенного в настоящем изобретении способа совместного решения обратной задачи является осознание того, что породы представляют собой системы из зерен и пор (сухие или заполненные текучей средой), содержащиеся в материнской породе. Эта система связывает физические свойства этих пород (например, скорость, удельное сопротивление и плотность) со свойствам их структурного состава (например, с пористостью, с литологией и с насыщенностью водой/углеводородами). Эта связь обеспечивает средство для дополнения отсутствия информации из одного набора результатов измерений (то есть сейсморазведки с активным источником) информацией из другого набора результатов измерений (то есть, в частности, из данных разведки методом С§ЕМ/магнитотеллурической (МТ) разведки/гравиметрической разведки). Это также обеспечивает средство построения усредненных по среде значений для преобразований сетки, необходимых при эффективных вычислениях методом конечных разностей. Ниже приведено описание одного из вариантов осуществления способа совместного решения обратной задачи, предложенного в настоящем изобретении. На фиг. 6 и 7 приведены схематические диаграммы, которые обобщают приведенное ниже обсуждение предложенного в настоящем изобретении механизма совместного решения обратной задачи.

Совместное решение обратной задачи этих данных различных типов может быть осуществлено при помощи нелинейных градиентных методов или гибридной схемы, включающей в себя использование градиентных методов, а также методов без производных (см публикацию ЛиДе! е! а1., МекЕ ЛЕарЕуе

- 13 026650

Эпес! 8еагсЬ А1догЪЬт8 Гог С'огМгатей 0р11т1/а11оп, 81АМ 1оигпа1 оп Ор11т1/а11оп, 17, 188-217 (2006)). Типовая обратная задача может быть сформулирована как минимизация оператора (ψ) ошибки, который содержит член, характеризующий ошибку данных, и один или большее количество демпфирующих и/или сглаживающих членов, и дополнительные ограничения

где т - вектор модели, й^оЬ8 - измеренные данные, Ό - матрица весовых коэффициентов, которая обеспечивает умножение этих результатов измерений на весовые коэффициенты, й^ргей - значения данных, спрогнозированные с использованием модели, й^оЬ8 - данные наблюдений, - матрица сглаживания (или демпфирования), которая уменьшает кривизну модели (или размер возмущений) в трех измерениях, λ параметр масштабирования, который уравновешивает гладкость/неровность модели с ошибкой данных, Т - обозначает транспонирование матрицы. В случае совместного решения обратной задачи оператор ошибки, например, описываемый уравнением (1), может быть задан по отдельности для данных каждого типа, что сопровождается многокритериальной формулировкой совместного решения обратной задачи. Средства многокритериальной оптимизации обеспечивают способность решать задачи, в которых несколько целевых функций оптимизируют одновременно (см. следующие публикации: 8!еиег, Ми1Ьр1е СгПепа Ор11т1/а11оп, ТЬеогу, Сотри!аЬоп8 апй АррЬсаЬоп8, 1оНп \УПеу & 8оп8 (1986); Эа8 е! а1., Ыогта1Воипйагу 1п!ег8ес!юп: А №\ν МеБюй Гог Оепегайпд !Ье РагеЮ 8игГасе ш ЫопПпеаг МиШсгЬепа ОрБпи/аЬоп РгоЬ1ет8, 81АМ .Тоигпа1 оп ОрБпи/аЬоп 8, 631-657 (1998)). Общий оператор совместной ошибки может быть задан как векторный оператор '/^>1а1 =Α(ηι) г₂(т) ... ^„(т)]^Т, (2) где п - количество типов данных, содержащихся в формулировке совместного решения обратной задачи. Возможные подходы к решению такой задачи включают в себя минимизацию взвешенной линейной или нелинейной комбинации составляющих векторной функции или минимизацию любой одной составляющей и наложение ограничений на остальные, чтобы они не выходили за определенные пределы. Последний подход делает обратную задачу задачей оптимизации при наличии ограничений, где ограничения определяют набор или наборы комбинаций параметров модели, разрешенных в области поиска решения обратной задачи. На параметры модели могут быть наложены другие ограничения для гарантии того, что результаты решения обратной задачи являются имеющими физический смысл или могли бы быть математическими по своей сущности, чтобы сделать решение обратной задачи численно устойчивым.

Параметрами модели являются литология (например, объемное содержание сланцев в обломочной породе или в доломите, или содержание карбоната кальция в карбонатной породе), водонасыщенность порового флюида (8^), пористость (φ) и, при необходимости, второй параметр (У₁;_(Ь), характеризующий литологию, которые, соответственно, определены на сетке мелкого масштаба. Для преобразования свойств модели в физические свойства, описываемые удельной проводимостью (<?), модулями упругости (^сщ) и плотностью (ρ), которые затем используют для решения уравнений Максвелла, волнового уравнения для упругих (или акустических) волн или уравнение Кирхгофа в качестве высокочастотной аппроксимации, и уравнение гравитационного потенциала, используют петрофизические уравнения. Был разработан ряд приближенных соотношений для связи свойств горных пород и/или пласта-коллектора с физическими свойствами породы, такими как, например, упругие и электрические свойства (см. следующие публикации: Хи, е! а1., А №\ν Уе1осЬу Мойе1 Гог С1ау-8апй М1х!иге8, ОеорЬу8юа1 Рго8ресЬпд 43, 91-118 (1995); АгсЫе, ТЬе Е1есЬтса1 Ве818БуЬу Ьод а8 ап А|й ш ОеЮгтпипд 8оте Ке8егуо1г СЬагас!ег18Ьс8, Тгап8асЬоп8 оГ !Ье А1МЕ 146, 54-62 (1942)). В международной заявке на патент согласно РСТ № И8 2008/075920, авторами которой являются Деффенбаух и др. (ИеГГепЬаидЬ е! а1.), раскрыт способ определения зависимостей между сейсмическими, электрическими и коллекторскими свойствами подземных горных пород для их использования при разведке на залежи углеводородов. Этот способ позволяет определять эти зависимости с использованием всего лишь одного образца породы. Прямую задачу решают на шахматной сетке конечных разностей. Для ускорения вычислений физические свойства масштабируют с укрупнением масштаба на более крупные сетки согласно частоте соответствующих данных.

Разность между спрогнозированными данными й^ргей и данными й^оЬ8 наблюдений из данных каждого из типов образует член, описывающий ошибку, в операторе ошибки из уравнения (1). Эти ошибки распространяют в обратном направлении к микросетке свойств породы через алгоритм усредненных по среде значений и цепное правило (для уменьшения размера от более крупных сеток, используемых при моделировании для решения прямой задачи, к более мелким сеткам) _ беггог бтасго бтюго ₊ бытюойппд рап <

бгоск ргор бтасго бплсго бгоск ргор бгоск ргор ( ΐ·ψ _ дошибка дмакро дмикро + дсглажиеающая частъ\ дсвойство породы дмакро дмикро дсвойство породы дсвойство породы )

Это выражение включает в себя градиент в ошибке при аппроксимации данных и сглаживающую

- 14 026650

- йтасго часть для одного из физических свойств (θ', да или ρ), а йшсго преобразовывает физическое свойство из

01П1СГО макросетки в микросетку, и <*°<*ρ·όρ вычисляет производную относительно одного из свойств породы (УШ, §№, φ или У_Ц(Ь) с использованием надлежащей модели физики породы, например модели Ксу-Уайта (Хи-^ЬХе) (см. публикацию Хи апБ \У1Ше, А РЬу81са1 МоБе1 Гог 8Ьеаг-\Уауе Уе1осХу РгеБюХоп, ОеорЬу81са1 РгокресХпд 44, 687-717 (1996)).

Поскольку данные сейсморазведки с активным источником имеют три типа неизвестных:

1) интервальные скорости (Ур, У§ и т.д.) с гладким фоном (макромодель);

2) изменения упругих свойств в спектре импульса источника и

3) импульс источника, которые связаны друг с другом очень нелинейно, то имеется некоторый риск того, что ошибки при масштабировании импульса вызовут нелинейные эффекты в последующих вычислениях времени пробега, которые, в конечном счете, могут нарушить устойчивость решения обратной задачи. Следовательно, в этом варианте осуществления настоящего изобретения эти две части разделены. Значения времени пробега вычисляют на грубой (гладкой) сетке. Изменения параметра упругости, создаваемые амплитудами отраженной волны и импульсом, вычисляют на сетке более мелкого размера.

Основная проблема, связанная с наименьшими квадратами, состоит в том, что решение обратной задачи сейсморазведки с активным источником по исходным сейсмограммам до суммирования (данные без скоростных поправок) для интервальных скоростей в макромодели становится удерживаемым во множестве минимумов. Эта проблема возникает в том случае, если исходная модель слишком далека от правильного ответа, поскольку градиент наименьших квадратов не содержит заметной энергии на длинах вертикальных пространственных волн, превышающих Уо/2Г_т)_п, где Уо - интервальная скоростью сейсмической волны в покрывающей толще, а Г_т1п - минимальная частота импульса. Для ослабления проблемы наличия множества минимумов могут быть использованы две стратегии: (1) улучшение исходной модели и (2) изменение подхода к оптимизации.

Качество исходной модели может быть улучшено путем совместно решения обратной задачи по информации, полученной из землетрясений/разведки методом С8ЕМ/магнитотеллурической (МТ) разведки/гравиметрической разведки вместе с информацией о времени пробега низкочастотной сейсмической волны (скорости с нормальными кинематическими поправками (ΝΜΟ)). Решение обратной задачи по данным от землетрясений/разведки методом С8ЕМ/магнитотеллурической (МТ) разведки/гравиметрической разведки создает кубы данных о скорости продольной волны и поперечной волны в макромодели, которые основаны на более обширной информации, чем только информация о времени пробега, но вместо этого включают в себя информацию, извлеченную из несейсмических данных (из данных разведки методом С8ЕМ/магнитотеллурической (МТ) разведки/гравиметрической разведки) через петрофизические зависимости. Для дальнейшего ослабления проблемы наличия множества минимумов могут использоваться различные способы оптимизации, такие как, например, дифференциальная оптимизация подобия. См., например, следующие публикации: Ьееитеп апБ Ми1Бег, Оа1а-Согге1аХоп Гог Уе1осХу 1пуег8юп, 77ΐ1ι Аппиа1 1п!егпаХопа1 МееХпд, §ЕО, ЕхрапБеБ АЬ8!гас!8 26, 1800-1804 (2007); и 8уте§ апБ Сага//опе, Уе1осХу 1пуег§юп Ьу ОХГегепХБ 8етЬ1апсе ОрХт1/аХоп, ОеорЬукюк 56, 654-663 (1991). Этот подход эффективно ослабляет функцию ошибок путем добавления пространственной переменной, которая затем принудительно исчезает. Однако в этом способе сделано предположение о том, что многократные отражения не затеняют информацию о времени первого вступления. Если многократно отраженные волны не были в достаточной мере подавлены в данных, то менее вероятно, что способ будет успешным. Решение обратной задачи для лучшей исходной модели с сейсмограммами вносит дополнительную поправку в интервальные скорости сейсмической волны в макромодели, чтобы полностью спрогнозировать первичные кинематические поправки и восстановить изменения упругих параметров в пределах полосы пропускания сейсмических волн.

Вычисление решения прямой задачи по данным сейсморазведки с активным источником может быть выполнено следующим образом.

Во-первых, вычисляют времена пробега путем трассировки лучей через макромодель модели интервальных скоростей. Во-вторых, решают обратную задачу по сейсмограммам до суммирования для зависящей от удаления отражательной способности для обнаружения изменений параметра, характеризующего упругость, с использованием сверточной или иной подходящей аппроксимации. В-третьих, применяют ухудшение, обусловленное дифференциальной оптимизацией подобия (ΌδΟ репа11у) для того, чтобы найти модель скоростей, которая сглаживает все данные в сейсмограммах. В-четвертых, обновляют параметр масштабирования импульса (при наличии в данных многократно отраженных сейсмических волн, которые могут использоваться для наложения ограничений на эту информацию). Этот набор вычислений образует внутренний цикл в более крупной общей схеме совместного решения обратной задачи, который может быть повторен много раз до тех пор, пока не будет достигнута сходимость.

Часть сейсморазведки с активным источником была разделена на две части, а именно нелинейная зависимость данных сейсморазведки от информации о скоростях в макромодели, которая управляет ин- 15 026650 формацией о времени пробега, была отделена от более или менее линейной зависимости данных сейсморазведки от изменений упругих свойств, которые управляют амплитудами отраженной волны. Вследствие этого разделения имеется два отдельных градиента ошибки, которые подлежат вычислению и распространению на петрофизическую сетку. Первый набор связан с параметром Ур (или с обоими параметрами Ур и Ук) макромодели. Его получают из части вычислений, связанной с временем пробега, и он подобен градиентам ошибки, вычисленным в уравнении 3 для соответствия данных разведки методом С8ЕМ/магнитотеллурической (МТ) разведки/гравиметрической разведки. Второй набор градиентов ошибки связан с частью, характеризующей зависимость амплитуды отраженной волны от удаления (АУО) с¹ у/ бгоск ргор _Р ^АуР сАггог АУр_и<н, АУр ргоск ргор

ЛУр_шс„ (4)

Поскольку сетка для моделирования для части, характеризующей зависимость амплитуды отраженной волны от удаления (АУО), имеет тот же самый мелкий масштаб, как и сетка для решения обратной задачи, какое-либо уменьшение/увеличение масштаба между этими двумя сетками не требуется.

В этом варианте осуществления настоящего изобретения информация об амплитуде (динамические данные) из данных сейсморазведки отделена от той части данных сейсморазведки, которая относится к времени пробега. Информация об амплитуде не содержится в целевой функции совместного решения обратной задачи до тех пор, пока низкочастотные части модели не сошлись. Как только низкочастотные компоненты модели сошлись, предполагаемая модель скоростей является неизменной (для трассировки лучей), и обратную задачу решают только по информации об амплитуде из данных сейсморазведки совместно с данными других типов (например, с данными гравиметрической разведки, разведки методом С8ЕМ, магнитотеллурической (МТ) разведки, данными от землетрясений) до тех пор, пока не сойдется решение для этого видоизмененного набора типов данных.

Рассмотрим операции в схеме последовательности операций из фиг. 2 еще раз, операция 21 включает в себя проектирование съемки методом пассивного сейсмомониторинга, которая спроектирована так, что соответствует масштабу разведки на залежи углеводородов. Целью предыдущих типичных экспериментов с пассивным источником являлись объекты в масштабе земной коры и мантии, причем расстояние между приемниками составляло порядка нескольких километров. Целью сейсморазведки из настоящего изобретения является случай разведки на залежи углеводородов, и, следовательно, при проектировании съемки учитывают не только объект разведки с меньшей глубиной залегания, но также и источники и связанные с ними азимуты и расстояния, которые могут ожидаться. Несмотря на то, что расстояние между приемниками будет пригодным для разведки на залежи углеводородов, то есть тем же самым, что и расстояние, которое может использоваться при сейсморазведках на залежи углеводородов с активным источником, приемниками должны являться сейсмометры для регистрации землетрясений или аналогичные акустические датчики с частотной характеристикой, продолжающейся в области низких частот до приблизительно 1 Гц, вместо типичного гидрофона или сейсмоприемника, используемых при сейсморазведочных работах с активным источником, которые имеют частотную характеристику в области низких частот только до 5-6 Гц.

При операции 21 выбирают тип сейсмометра (типы сейсмометров), используемого (используемых) для сбора данных, в соответствии с диапазонами частот пассивных сейсмических сигналов, которые необходимо зарегистрировать. Диапазон частот связан с расстоянием от источника до приемника, то есть, как правило, события с более значительным расстоянием между событием и пунктом наблюдения имеют частотный спектр с более низкими частотами. Землетрясения, происходящие на телесейсмических расстояниях (угол, стянутый в центре Земли, составляет от 30 до 90° из пункта наблюдения), содержат самый низкочастотный спектр с частотами порядка 1-3 Гц, региональные события (расстояния менее 30° или ~3000 км) и локальные землетрясения (в пределах 100 км от пункта наблюдения) создают сигналы с самым высокочастотным спектром (поскольку высокие частоты не отфильтрованы вследствие длинного пути пробега), который может перекрываться с диапазоном частот активной сейсморазведки.

Могут быть развернуты сейсмометры множества типов с различными частотными характеристиками для регистрации желательных диапазонов частот. Зона охвата поверхности приемником и расстояние между приемниками предпочтительно спроектированы в соответствии с диапазоном частот и с подземной областью, подлежащей охвату. Например, приемники с низкочастотной характеристикой могут быть расставлены более редко, чем приемники с высокочастотной характеристикой. Необходимое расстояние между приемниками может быть определено как функция максимальной желательной частоты, максимального наклона фронта вступающей сейсмоволны и скорости в подземной среде, способом, известным для специалистов в области техники сбора данных сейсморазведки с активным источником. Например, расстояние между приемниками обычно делают пропорциональным величине, обратной частоте. Расстояние между приемниками для сбора данных пассивной сейсморазведки (за исключением очень локальных микроземлетрясений) обычно больше, чем для обычной активной сейсморазведки вследствие более низкочастотного спектра данных пассивной сейсморазведки, сбор которых пытаются произвести.

- 16 026650

При операции 22 эту систему пассивного мониторинга используют, непрерывно или в ждущем режиме, для регистрации вступлений от всех источников, таких как, например, землетрясения и источники, вызванные деятельностью человека, которые не предназначены специально в качестве сейсмических источников. Например, при установке в море система донных сейсморазведочных кос или блоки независимых датчиков с сейсмоприемниками, способные регистрировать сигналы с низкой частотой до 0,5 Гц, могут быть развернуты на длительный период времени на площади съемки. При наземной установке плотная расстановка широкополосных приемников производила бы регистрацию непрерывно или в ждущем режиме в течение заданного периода времени. Длительное время непрерывного размещения позволяет регистрировать больший объем данных от большего количества источников, обеспечивая более высокое отношение сигнал-шум в обработанных данных пассивной сейсморазведки, тогда как для того, чтобы вызвать начало регистрации только тогда, когда обнаружено событие, могло бы использоваться средство приведения в действие, что уменьшает объем памяти, необходимый для хранения данных.

При операции 23 выполняют обработку данных для извлечения сигналов из записей, сделанных в непрерывном или в ждущем режиме. Обработку выполняют согласно способу, которым данные пассивной сейсморазведки собираются использовать при операции 26. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения используют сигналы от всех пассивных источников, то есть природного происхождения и искусственных, не используемых целенаправленно в программе сбора данных сейсморазведки (например, источники от работ по добыче полезных ископаемых и т.д.), все магнитуды (до настолько малых, как микросейсмичность), все диапазоны дальности (в том числе локальный, региональный и телесейсмический, но эти примеры не являются ограничивающим признаком) и все типы волн (объемные и поверхностные сейсмоволны). Все эти источники предоставляют порции информации, которые все вместе позволяют расширить полосу частот до широкой полосы между 0 и 10 Гц. Эти изолированные сигналы используют совместно с известными способами обработки, такими как, например, кинематическая томография (включающая в себя как томографию объемных сейсмоволн, так и поверхностных сейсмоволн), томография конечных частот, томография шума окружающей среды, анализ дисперсии поверхностной сейсмоволны, анализ функции приемника, интерферометрия и решение обратной задачи с частичным или с полным учетом формы импульса.

При операции 26 извлеченные сейсмические сигналы могут использоваться совместно с геофизическими данными другого типа (других типов) для получения структуры подземной среды и свойств породы. Здесь данные обоих типов: данные пассивной сейсморазведки и дополнительные геофизические данные, совместно используют для получения изображений подземной среды и моделей свойств породы либо с использованием способов совместного решения обратной задачи, либо путем последовательного применения способов решения обратной задачи и/или способов построения изображений к отдельным массивам данных. В предпочтительном варианте эта операция реализована в рамках совместного или одновременного решения обратной задачи, при котором модель подземной среды получают путем минимизации разности между спрогнозированным и измеренными данными. Также возможны альтернативные варианты реализации. Например, сначала могут быть получены свойства подземной породы и/или структурное изображение по данным пассивной сейсморазведки, а затем могут быть использованы другие геофизические данные для уточнения результатов. Другими геофизическими данными, иными чем данные пассивной сейсморазведки, могут являться, например, любые одни из следующих данных: данные активной сейсморазведки, разведки методом С8ЕМ, магнитотеллурической (МТ) разведки, гравиметрической разведки, магнитной разведки и данные каротажа или комбинация этих данных.

Для вариантов осуществления настоящего изобретения, которые включают в себя совместное решение обратной задачи в качестве операции обработки, совместное решение обратной задачи может быть выполнено либо во временной, либо в частотной области. В способе совместного решения обратной задачи могут использоваться различные аспекты данных пассивной сейсморазведки совместно с надлежащими способами. Например, значения времени вступления данных пассивной сейсморазведки могут использоваться для наложения ограничений посредством кинематической томографии на модель скоростей сейсмических волн в подземной среде при совместном решении обратной задачи; или по данным пассивной сейсморазведки могут быть сгенерированы данные сейсморазведки методом отраженных волн, аналогичные данным активной сейсморазведки, с использованием метода кросс-корреляции (см. процитированную публикацию Артмана (Абтап) (2006)).

Аналогично описанному выше совместному решению обратной задачи по данным пассивной сейсморазведки и по геофизическим данным другого типа (других типов), при таком решении обратной задачи к данным пассивной сейсморазведки также могут быть применены другие способы. Некоторыми примерами являются, в том числе, следующие: 1) способ, основанный на функции приемника (см. публикацию 8беп е! а1., Мап!1е П18сопбпийу 8!гис!иге Вепеа!б !бе 8ои!бет Еак! РасШс Юке £гот Р-!о-8 Сопуебеб Рбакек, 8с1епсе 280, 1232-1235 (1998)), в котором используют преобразованные моды от некоторых неоднородностей для построения изображений структуры подземной среды, и 2) использование вступлений поверхностных сейсмоволн от землетрясений и характеристик дисперсии их скоростей для получения моделей подземной среды. Зависимость дисперсии скорости поверхностной сейсмоволны от частоты обеспечивает разрешение скорости сейсмоволны в подземной среде по глубине.

- 17 026650

Изменение скорости поверхностной сейсмоволны в горизонтальном направлении обеспечивает разрешение по горизонтали. Ниже рассмотрено использование способа, основанного на функции приемника, при операции 26.

Функции приемника

Способы, основанные на функции приемника, с пассивным источником (например, см. процитированную публикацию Лангстона и Финнея (Ьап§81оп и РЫппеу)) будут ниже распространены на меньшие масштабы, представляющие интерес для разведки на залежи углеводородов. В дополнение к публикациям, в которых используют функции приемника с данными пассивной сейсморазведки, имеется по меньшей мере одна публикация по функциям приемника, вычисленным для многокомпонентного массива данных сейсморазведки с активным источником. Этой ссылкой является следующая: Ейтс апй 8|пдН, Кесегуег Рипсйоп МеШой ш Кейесйоп 8с18то1оду, Оеорйу8юа1 Рго8ресйп§ 56, 327-340 (2008). В этой публикации рассмотрено применение способа, основанного на функции приемника, для многокомпонентных данных активной сейсморазведки с широкими углами в попытке выделить фазы, преобразованные из продольной волны в поперечную волну, которые затем могут быть использованы для зависимости амплитуды от интервального времени пробега волны или для анализа удалений. Как изложено выше, в настоящем изобретении используют проектирование съемки со значительно меньшим интервалом между приемниками, чем тот, который обычно используется в планетарной сейсмологии. Увеличенная плотность приемников запланирована для обеспечения возможности разрешения глубин объектов разведки, типичных для разведки на залежи углеводородов. Обычно необходимо размещение аппаратуры на длительный срок с непрерывной регистрацией, и при этом будут предоставлены данные от событий во всех диапазонах расстояний, что обеспечивает более высокое отношение сигнал-шум при обработке данных сейсморазведки с пассивным источником и при построении изображений по этим данным.

Способ, основанный на функции приемника, устраняет влияние источника и условий распространения; его результатом является форма волны, которая отражает среду в окрестносях пункта наблюдения. Функции приемника вычисляют путем обращения свертки (или путем кросс-корреляции) сейсмограммы вертикальной составляющей с сейсмограммой горизонтальной составляющей. Для этого участка частотной области обычно используют события в телесейсмическом диапазоне расстояний, поскольку сейсмические лучи вступают в пункт наблюдения под углом, близким к вертикали. На сейсмограмме вертикальной составляющей телесейсмического события будет преимущественно зарегистрирована энергия продольной волны, тогда как сейсмограмма горизонтальной составляющей включает в себя энергию обеих волн: продольной и поперечной. В простейших случаях обращение свертки устраняет влияние формы импульса источника из сейсмограммы горизонтальной составляющей, и, таким образом, выявляет энергию преобразованной поперечной волны, которая в противном случае является скрытой. Результирующая форма волны функции приемника (см. фиг. 8) содержит информацию о структуре в окрестностях приемника. Ожидаемыми фазами сейсмических волн являются фаза волны, преобразованной из продольной (Р) в поперечную (8), и ее реверберации РрР8 и Р8Р8+Рр88; однако этот способ также может быть видоизменен для выявления фаз волн, преобразованных из поперечных (8) в продольные (Р). На фиг. 9А-9И упрощенно проиллюстрированы фазы сейсмических волн, а именно фаза волны, преобразованной из продольной (Р) в поперечную (8) (фиг. 9А), и ее реверберации (РрР8 на фиг. 9В, Р8Р8 на фиг. 9С и Рр88 на фиг. 9Ό), которые могут ожидаться в результате анализа функции приемника.

Дифференциальные значения времени вступления, которые могут ожидаться для формы волны (см. фиг. 8), находятся между вступлением прямой продольной волны и фазой волны, преобразованной в поперечную в отражающем горизонте, представляющем интерес (в простейшем случае ^_Ср), а также ее реверберациями г, ⁺⁽р, и Дифференциальные значения времени вступления могут использоваться для построения глубины интересующего отражающего горизонта и могут быть объединены с массивами других геофизических данных, такими как, например, массивы данных сейсморазведки с активным источником, гравиметрической разведки, разведки методом С8ЕМ, магнитотеллурической (МТ) разведки и т.д. Если имеется информация о времени пробега из многокомпонентных массивов данных сейсморазведки с активным источником, то дифференциальные значения времени вступления из способа, основанного на функции приемника, могут использоваться совместно с массивом данных сейсморазведки с активным источником. В дополнение к независимому использованию информации о времени пробега может быть использована информация об амплитуде из функций приемника, что может быть выполнено путем решения обратной задачи с полным учетом формы импульса. В этом подходе предполагают наличие исходных моделей геологической среды и источника, которые позволяют вычислять исходные данные путем решения соответствующего волнового уравнения с достаточно широкополосным спектром источника. Кроме того, эти исходные модели могут быть видоизменены в алгоритме решения обратной задачи, который скорректирован как с учетом параметров геологической среды, так и с учетом параметров источника. Эта процедура может быть выполнена либо во временной, либо в частотной области. Главное преимущество реализации функции ошибок в частотной области состоит в том, что конкретные отсутствующие значения частоты или значения частоты с низким отношением сигналшум не будут влиять на хорошие значения данных, как они влияли бы в случае реализации функции

- 18 026650 ошибок во временной области.

В дополнение к традиционному способу вычисления телесейсмических функций приемника в предложенном в настоящем изобретении способе для обращения свертки могут использоваться события из локального и регионального диапазонов расстояний. Преимущество включения этих событий, происходящих более близко к пункту наблюдения, является возможность расширения диапазона частот до широкого диапазона от ~1 Гц до частот, сопоставимых с частотами активной сейсморазведки, и, следовательно, уменьшения интервала 10 отсутствующих частот, показанного на фиг. 1 и рассмотренного выше. Сложность добавления этих событий состоит в том, что предположения, сделанные для телесейсмических функций приемника, могут больше не являться достоверными, так как обращение свертки может не полностью устранять влияние формы импульса источника. В настоящем изобретении эта проблема может решаться путем (1) калибровки отклика среды посредством некоторых искусственных источников (например, источников от работ по добыче полезных ископаемых или иных активных источников), которые имеют простые или известные формы импульса источника, и (2) реализации подхода с решением обратной задачи с полным учетом формы импульса, который обеспечивает возможность определения влияния остальных источников.

Ниже приведено более подробное описание способа решения обратной задачи с учетом формы импульса, основанного на функции приемника, который пригоден для использования в способе, предложенном в настоящем изобретении.

Целью является создание способа восстановления геофизических параметров подземной среды, таких как, например, скорость продольной и поперечной волн, плотность, коэффициенты упругой анизотропии (ε и δ), значения сейсмической добротности, характеризующей затухания продольной и поперечной волн, и т.д., на основании широкополосных измерений многокомпонентного поверхностного (или приповерхностного) вектора (то есть трех компонентов), акустическое (или вязко-акустическое) или упругое (или вязкоупругое) смещение, скорость, а также ускорение и тензор упругих (или вязкоупругих) напряжений на поверхности (или в приповерхностной области) (то есть девять компонентов) (которые все вместе именуют широкополосными многокомпонентными данными о землетрясениях), и формирование многоканальных соотношений широкополосных многокомпонентных данных о землетрясениях (в сущности, функций приемника) для ослабления неизвестного влияния широкополосного источника, которым является землетрясение, особенностей геологического строения вблизи приемника, а также некоторых внутренних особенностей самой системы регистрации. Результирующие многоканальные соотношения широкополосных многокомпонентных данных о землетрясениях подчиняются уравнениям, которые получены из соответствующих волновых уравнений для акустических, упругих, вязко-акустических, вязкоупругих волн. Сложность конкретных выбранных уравнений зависит от целей сейсморазведки, от области покрытия данными и от многих других факторов. Для конкретности, модели могут быть одномерными, двумерными, двух-с-половиной-мерными или трехмерными и могут включать в себя распространение акустических, упругих или вязкоупругих волн и быть изотропными, иметь поперечную изотропию с вертикальной осью симметрии (УТ1) или содержать абсолютно общие (комплексные) коэффициенты в количестве двадцать один плюс плотность, которые изменяются во всех трех измерениям. Однако имеются по меньшей мере четыре условия, которым предпочтительно удовлетворяют многоканальные соотношения широкополосных многокомпонентных данных о землетрясениях:

1) аппроксимация одиночного источника землетрясения, отвечающего за все значимые компоненты данных о землетрясениях (по меньшей мере, в пределах прогнозируемого временного окна подходящей длительности) должна быть правомерной до приемлемого порядка аппроксимации для целей сейсморазведки;

2) измерения должны быть в достаточной мере широкополосными, то есть результаты измерений должны содержать полезную информацию о сигналах вплоть до очень малых частот, и не иметь существенных пустых интервалов до некоторой максимальной частоты, представляющей интерес;

3) одиночный источник землетрясения в пределах каждого временного окна должен находиться на достаточном удалении от пункта наблюдений для правомерности того, что источник землетрясения считают вполне локализованным в трехмерном пространстве для того, чтобы продолжающая существовать зависимость от источника землетрясения в многоканальных соотношениях могла быть эффективно параметризована с умеренным количеством неизвестных параметров (которыми являются, например, местоположение в трехмерном пространстве, ориентация, остаточная форма импульса источника, диаграмма излучения, пара тензоров и т.д.);

4) количество, качество, компонента вектора или тензора и пространственное распределение полного набора полезных результатов наблюдений фактически должны обеспечивать возможность определения как свойств среды до желательного уровня, так и сохранившихся неизвестных параметров, описывающих зависимость от источника землетрясения в многоканальных отношениях. Очевидно, что данные о соотношениях от одиночного удаленного источника землетрясения определяют, в лучшем случае, только некоторые усредненные значения для объема геологической среды между источником землетрясения и точками наблюдения вдоль траекторий, по которым проходят продольные волны в акустическом приближении, или лучи продольной (Р) волны и поперечной (§) волны в упругом или вязкоупругом при- 19 026650 ближении, или волна С|Р, волна С|8У и волна С|8Н (квазипродольная волна, вертикально поляризованная квазипоперечная волна и горизонтально поляризованная квазипоперечная волна) в одной пространственной модели с поперечной изотропией с вертикальной осью симметрии (УТ1) и т.д. Также следует отметить, что, в принципе, информация также будет получена вдоль траекторий лучей, созданных в результате преобразований продольных волн в поперечные, и т.д. Отражения и многократные отражения обуславливают, что анализ данных способен включать в себя соответствующую физику.

Анализ данных или решение обратной задачи в этом варианте осуществления настоящего изобретения затем включают в себя решение обратной задачи методом наименьших квадратов на основании функции ошибок или целевой функции (включающей в себя возможные сглаживающие и ухудшающие члены), которая содержит умноженную на весовой коэффициент и возведенную в квадрат разность между измеренными и вычисленными соотношениями, построенными из реальных и вычисленных данных, соответствующим образом обработанных методом временного окна. Выше были изложены преимущества выражения функции ошибок в частотной области: функции ошибок в частотной области являются более устойчивыми при наличии отсутствующих частот. Опять-таки, обработка методом временного окна является предпочтительной для гарантии того, что только один источник, которым является существенное землетрясение (или иной пассивный источник), отвечает за существенную часть событий, наблюдаемых в данных обработанных методом временного окна. Поскольку предполагают, что данные о землетрясениях являются широкополосными, то сходимость семейства градиентных алгоритмов по методу наименьших квадратов к ложным локальным минимумам не предвидится как проблема (в отличие от решения обратной задачи по данным сейсморазведки методом отраженных волн с активным источником, которому неизбежно мешает засоренность ложными локальными минимумами при отсутствии почти идеальной исходной модели скоростей). В вычислительном отношении предполагают наличие исходной модели геологической среды и исходной модели источника и вычисляют исходные данные с использованием достаточно широкополосного спектра источника с произвольной амплитудой, используя метод конечных разностей или иные способы во временной или частотной области, требуемые выбранным численным методом. В дополнение к этому получают производные вычисленных данных для того, чтобы алгоритм решения обратной задачи мог корректировать как параметры геологической среды (скорости, плотности и т.д.), так и параметры источника, которым является землетрясение, для уменьшения исходной ошибки соответствия. Может быть использован способ чередования между параметрами геологической среды и параметрами источника, которым является землетрясение, широко используемый в градиентных методах оптимизации с неоднородными параметрами. Одним из альтернативных вариантов является метод итераций в подпространстве, который группирует неизвестные, используемые при решении обратной задачи, в физически неразнородные классы во избежание подводных камней жесткой оптимизации, при которой в обычных уравнениях появляются переменные совершенно разного численного масштаба. Процедура итерационного решения обратной задачи продолжает корректировать параметры среды и источника до тех пор, пока не будет достигнуто удовлетворительное соответствие с измеренными данными и данными, обработанными методом окна. Может быть использована последующая проверка модели для помощи в определении хорошо ограниченных параметров в отличие от плохо ограниченных параметров.

Результаты функции приемника, полученные либо, например, описанным выше способом решения обратной задачи, либо путем стандартного подхода, основанного на итерационном моделировании вручную путем решения прямой задачи, затем могут быть использованы для создания низкочастотной модели или модели фона для решения обратной задачи по данным сейсморазведки методом отраженных волн с активным источником с учетом зависимости амплитуды отраженной волны от удаления (АУО) для получения оценочных значений импеданса продольной и поперечной волн или даже свойств породы, таких как, например, пористость, литология и содержание флюидов в подземных породах (см., например, публикацию ЗаИгег, ЬсаДшд ЕДдс 24, 732-736 (2005)). В альтернативном варианте результаты для рассеянной волны могут быть использованы для улучшения модели скоростей, используемой для глубинной миграции данных сейсморазведки методом отраженных волн отражения с активным источником. Наконец, может быть получено решение обратной задачи по зарегистрированным данным пассивной сейсморазведки совместно с другими геофизическими данными, такими как, например, данные сейсморазведки методом отраженных волн с активным источником, разведки методом С8ЕМ, магнитотеллурической (МТ) разведки, гравиметрической разведки и разведки методом гравитационной градиентометрии, для получения более надежных оценок упругих свойств и/или свойств породы.

Основные операции из варианта осуществления настоящего изобретения, который приведен в качестве примера, в котором используют предпочтительный способ, основанный на функции приемника, проиллюстрированы на схеме последовательности операций на фиг. 10. При операции 41 выполняют проектирование съемки для задач, соответствующих объектам разведки на углеводороды. При этом учитывают (1) ожидаемое распределение источников землетрясений, (2) глубину объекта разведки и тип структуры для определения продолжительности съемки, схему расстановки, расстояние между сейсмоприемниками и иные аспекты. При операции 42 регистрируют данные, а при операции 43 производят сбор информации о событии из стандартных каталогов, таких как, например, каталог тензора момента

- 20 026650 центроида (СМТ), каталог Геологической службы США (И8О8), или путем независимого переопределения местоположения (времени в источнике и местоположения источника в трехмерном пространстве) локальных/региональных событий (см., например, публикацию ХУаИНаикег апД ЕИктеоПЕ, А ЭонЫеОТГегепсе ЕаШкщаке ЬосаЕоп А1догЕЕт: МеБюД апД АррПсаЕоп !о Не ШпЕегп НаутеагД РаиИ, Ви11. 8е1кт. 8ос. Ат. 90, 1353-1368 (2000)). При операции 44 информацию о событии, собранную при предыдущей операции, используют для нарезки записей в соответствии с временными окнами, по одному событию на каждое окно. Для каждого распознанного события производят сбор данных от всех приемников и создают сейсмограмму события и подавляют шум путем фильтрации и суммирования (операция 45). Производят сбор сейсмограмм всех событий и при операции 46 вычисляют соотношения для приемника (функции приемника). Вычисляют решение обратной томографической задачи (операция 47) с использованием функций приемника, которое должно включать в себя исходную модель продольной волны, определенную из другого источника данных (такого как, например, эксперимент с активным сейсмическим источником). При операции 48 производят построение исходная модели скоростей на основании решения обратной томографической задачи и, возможно, других данных, и выполняют поиск решения обратной задачи с полным учетом формы импульса для исходной модели и для параметров источника до тех пор, пока не будет достигнут ответ с максимальной разрешающей способностью, то есть до тех пор, пока полоса частот решения обратной задачи не будет расширена до верхней граничной частоты, которая является достаточно высокой для того, чтобы считаться приемлемой. Выполняют проверку результатов на геологическую достоверность, и, при необходимости, операцию 48 повторяют после корректировки модели скоростей и/или параметров источника.

Приведенное выше описание заявки на изобретение ориентировано на конкретные варианты осуществления настоящего изобретения для его иллюстрации. Однако для специалиста в данной области техники очевидна возможность существования множества модификаций и изменений описанных здесь вариантов осуществления изобретения. Подразумевают, что все такие модификации и изменения не выходят за пределы объема патентных притязаний настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Claims (24)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ обнаружения углеводородов в подземной области с использованием данных сейсморазведки с пассивным источником совместно с геофизическими данными по меньшей мере одного другого типа, содержащий следующие операции:

   (a) получают данные сейсморазведки с пассивным источником для подземной области, при этом приемниками для сейсморазведки являются сейсмометры, размещенные обычно над упомянутой подземной областью и расставленные для разведки на залежи углеводородов, причем упомянутые сейсмометры являются пригодными для сейсмологического обнаружения землетрясений в планетарном масштабе, и при этом упомянутые данные сейсморазведки с пассивным источником включают в себя по меньшей мере одно событие, указанное в таблице землетрясений и оцененное как имеющее доминирующую частоту в подземной области в диапазоне от 0 до 8 Гц на основании магнитуды упомянутого по меньшей мере одного события и расстояния от подземной области;

   (b) получают геофизические данные по меньшей мере одного другого типа для подземной области, выбранные из группы, состоящей из данных сейсморазведки с активным источником, данных электромагнитной разведки с управляемым источником, магнитотеллурической, магнитной и гравиметрической разведки;

   (c) получают модель физических свойств, которая дает значения по меньшей мере одного физического свойства в различных местах в подземной области, путем одновременного использования по меньшей мере части данных сейсморазведки с пассивным источником и геофизических данных по меньшей мере одного другого типа; и (Д) используют модель физических свойств для прогнозирования углеводородного потенциала подземной области.
2. 2. Способ по п.1, в котором сейсмометры имеют ширину полосы частот, охватывающую, по меньшей мере, интервал 1-6 Гц.
3. 3. Способ по п.1, в котором данные сейсморазведки с пассивным источником включают в себя данные по меньшей мере от одного регионального землетрясения или данные по меньшей мере от одного локального землетрясения, причем региональное означает землетрясение с его гипоцентром на удалении от 10 до 30° от подземной области, представляющей интерес, а локальное означает землетрясение с его гипоцентром на удалении от 1 до 10° от подземной области, представляющей интерес.
4. 4. Способ по п.1, в котором данные сейсморазведки с пассивным источником включают в себя данные по меньшей мере от одного телесейсмического землетрясения, при этом телесейсмическое означает землетрясение с его гипоцентром, находящимся на расстоянии более 30° от подземной области, представляющей интерес.
5. 5. Способ по п.1, в котором расставленные для разведки на залежи углеводородов означает, что

   - 21 026650 расстояние между приемниками является меньшим чем приблизительно 1 км.
6. 6. Способ по п.1, содержащий следующие дополнительные операции:

   в данных сейсморазведки с пассивным источником идентифицируют один или большее количество отрезков времени, именуемых событиями, обработанными методом окна, и устанавливают соответствие каждого из них землетрясению, перечисленному в каталоге землетрясений или в ином источнике информации о землетрясениях, и берут информацию о месте расположения источника для таких землетрясений из каталога или из иного источника информации; и включают одно или большее количество событий, обработанных методом окна, и соответствующие места расположения источника по меньшей мере в часть данных сейсморазведки с пассивным источником при операции (с).
7. 7. Способ по п.1, в котором моделью физических свойств является модель по меньшей мере одного физического свойства, подземного, выбранного из группы, состоящей из пористости, литологии, типа порового флюида, объемного содержания углеводородов, скорости продольной волны, скорости поперечной волны, плотности и акустического импеданса; при этом литология включает в себя по меньшей мере один параметр, выбранный из группы, состоящей из объемного содержания сланцев У_8Н, объемного содержания соли У_8АЬТ, объемного содержания базальта У_Ъа8ац, объемного содержания известняка У_{[1те84опе} и объемного содержания доломита У_бо1_отц_е.
8. 8. Способ по п.1, в котором одновременное использование данных сейсморазведки с пассивным источником и геофизических данных по меньшей мере одного другого типа для получения модели физических свойств содержит одновременное моделирование путем решения прямой задачи по данным сейсморазведки с пассивным источником совместно с геофизическими данными по меньшей мере одного другого типа, после чего вручную обновляют модель, а затем выполняют итерации для оптимизации модели физических свойств подземной области.
9. 9. Способ по п.1, в котором одновременное использование по меньшей мере части данных сейсморазведки с пассивным источником и геофизических данных по меньшей мере одного другого типа для получения модели физических свойств содержит автоматизированное решение обратной задачи по меньшей мере по части данных сейсморазведки с пассивным источником совместно с геофизическими данными по меньшей мере одного другого типа для получения модели физических свойств подземной области.
10. 10. Способ по п.9, в котором автоматизированное совместное решение обратной задачи выполняют с использованием нелинейных, многокритериальных градиентных методов с ограничениями или без ограничений или гибридных методов, включающих в себя градиентные методы или методы без производных.
11. 11. Способ по п.10, в котором совместное решение обратной задачи выражено или может быть выражено как многокритериальная задача с ограничениями или без ограничений, где векторный или многокритериальный оператор ошибки, подлежащий минимизации, может быть выражен как (ф^1о1а1) где каждый член в приведенном выше операторе выражен или может быть выражен с использованием следующего матричного представления:

    где т - вектор модели, б^оЬ - измеренные данные, по которым решают обратную задачу, б^ргеб - соответствующие значения данных, спрогнозированные с использованием модели, Ό - матрица весовых коэффициентов, которая обеспечивает умножение измеренных данных на весовые коэффициенты, - матрица сглаживания или демпфирования, которая уменьшает кривизну модели или размер возмущений в трех измерениях, а λ - параметр масштабирования, который уравновешивает гладкость или неровность модели с ошибкой данных, причем упомянутой ошибкой данных является разность между б^оЬ’ и б^ргеб.
12. 12. Способ по п.9, в котором геофизические данные по меньшей мере одного другого типа выбраны из группы, состоящей из данных сейсморазведки с активным источником, электромагнитной разведки с управляемым источником, магнитотеллурической, магнитной и гравиметрической разведки, и в котором петрофизические зависимости подстилающей породы используют для связи плотностных свойств либо с электрическими свойствами, либо с упругими свойствами, либо с обоими их этих свойств, посредством чего обеспечивают возможность совместного решения обратной задачи.
13. 13. Способ по п.12, в котором петрофизические зависимости подстилающей породы являются эмпирическими или представляющими собой основанные на модели уравнения, связывающие свойства породы друг с другом.
14. 14. Способ по п.11, в котором параметры петрофизической модели, т.е. компоненты вектора т, представлены на вычислительной сетке более мелкого масштаба, чем сетка, используемая для моделирования путем решения прямой задачи для получения спрогнозированных значений данных, и ошибки данных из сетки для моделирования путем решения прямой задачи преобразовывают в более мелкий масштаб обратно на микросетку свойств породы.

    - 22 026650
15. 15. Способ по п.11, в котором упомянутая ошибка данных содержит невязку, которая была вычислена по данным сейсморазведки с пассивным источником по меньшей мере для одного разведочного сейсмометра как разность между наблюдаемой функцией приемника и спрогнозированной функцией приемника, полученная путем вычитания.
16. 16. Способ по п.15, в котором операции вычисления функций приемника и использования функций приемника для определения невязки ошибки данных от одного или от большего количества подземных отражающих горизонтов содержат следующие операции:

    (ί) производят поворот многокомпонентных данных сейсморазведки из вертикальной и горизонтальной системы координат, в которой были зарегистрированы данные, в область радиальных и поперечных координат, в которой радиальная составляющая направлена к источнику данных пассивной сейсморазведки, а поперечная составляющая является перпендикулярной ей;

    (ίί) выполняют обращение свертки радиальной составляющей с вертикальной составляющей движения;

    (ш) используют составляющие, для которых выполнено обращение свертки, и выявляют один или большее количество отражающих горизонтов в подземной области, в которой произошло преобразование энергии продольной волны в энергию поперечной волны и кратных ей волн, или обратное преобразование;

    (ίν) определяют дифференциальные значения времени вступления от выявленных отражающих горизонтов и (ν) вычисляют разность между спрогнозированной функцией приемника и наблюдаемой функцией.
17. 17. Способ по п.9, в котором операция (б) содержит следующие операции: получают скорости распространения сейсмической волны в подземной среде из совместного решения обратной задачи по данным сейсморазведки с пассивным источником и геофизическим данным по меньшей мере одного другого типа и используют эти скорости для глубинной миграции данных сейсморазведки методом отраженных волн с активным источником, полученных из подземной области.
18. 18. Способ по п.11, в котором упомянутая ошибка данных включает в себя невязку, вычисленную по данным сейсморазведки с пассивным источником путем измерения запаздывания времен пробега и вычисление математической разности между измеренным запаздыванием времени пробега и спрогнозированным запаздыванием времени пробега для фазы вступления выбранного землетрясения в выбранном сейсмометре, получаемой путем вычитания.
19. 19. Способ по п.11, в котором упомянутая ошибка данных включает в себя невязку, вычисленную по данным сейсморазведки с пассивным источником путем измерения дисперсии по меньшей мере между двумя разведочными сейсмометрами и вычисление математической разности между измеренной дисперсией и спрогнозированной дисперсией.
20. 20. Способ по п.11, в котором упомянутая ошибка данных включает в себя невязку, вычисленную по данным сейсморазведки с пассивным источником по меньшей мере для одного разведочного сейсмометра путем вычисления математической разности между наблюдаемым результатом интерферометрических вычислений и спрогнозированным результатом интерферометрических вычислений, получаемым путем вычитания.
21. 21. Способ по п.11, в котором упомянутая ошибка данных включает в себя невязку, вычисленную по данным сейсморазведки с пассивным источником по меньшей мере для одного разведочного сейсмометра путем вычисления математической разности между частичным или полным сейсмическим сигналом, зарегистрированным по меньшей мере в одном разведочном сейсмометре, и спрогнозированным синтезированным частичным или полным сейсмическим сигналом, получаемым путем вычитания.
22. 22. Способ обнаружения углеводородов в подземной области использованием данных сейсморазведки с пассивным источником, содержащий следующие операции:

    (а) получают данные сейсморазведки с пассивным источником для подземной области, при этом приемниками при сейсморазведке являются сейсмометры, размещенные обычно над упомянутой подземной областью и расставленные для разведки на залежи углеводородов, причем упомянутые сейсмометры являются пригодными для сейсмологического обнаружения землетрясений в планетарном масштабе;

    (б) определяют одно или большее количество землетрясений из табличных данных или из других источников информации о землетрясениях, которые могут быть выявлены в сейсмометрических данных, и берут информацию о местоположении источника для таких землетрясений из табличных данных или из других источников, и при этом одно или большее количество упомянутых землетрясений включает в себя по меньшей мере одно событие, указанное в таблице землетрясений как имеющее магнитуду, достаточную для того, чтобы оно содержало доминирующую частоту в интервале от 0 до 8 Гц;

    (с) извлекают отрезки времени из сейсмометрических данных, соответствующих сейсмограммам каждого из упомянутых выявленных землетрясений;

    (б) производят решение обратной задачи по сегментам сейсмометрических данных и по информации о местоположении источника землетрясения, чтобы сделать вывод о модели физических свойств, которая дает значения по меньшей мере одного физического свойства в различных местах в подземной

    - 23 026650 области; и (е) используют модель физических свойств для прогнозирования углеводородного потенциала подземной области.
23. 23. Способ добычи углеводородов из подземной области, содержащий следующие операции:

    (a) получают данные сейсморазведки с пассивным источником для подземной области, при этом приемниками для сейсморазведки являются сейсмометры, размещенные обычно над упомянутой подземной областью и расставленные для разведки на залежи углеводородов, причем упомянутые сейсмометры являются пригодными для сейсмологического обнаружения землетрясений в планетарном масштабе;

    (b) определяют одно или большее количество землетрясений из табличных данных или из других источников информации о землетрясениях, которые могут быть выявлены в сейсмометрических данных, и берут информацию о местоположении источника для таких землетрясений из табличных данных или из других источников, и при этом одно или большее количество упомянутых землетрясений включает в себя по меньшей мере одно событие, указанное в таблице землетрясений как имеющее магнитуду, достаточную для того, чтобы оно содержало доминирующую частоту в интервале от 0 до 8 Гц;

    (c) извлекают отрезки времени из сейсмометрических данных, соответствующих сейсмограммам каждого из упомянутых выявленных землетрясений;

    (ά) получают геофизические данные по меньшей мере одного другого типа для подземной области, выбранные из группы, состоящей из данных сейсморазведки с активным источником, данных электромагнитной разведки с управляемым источником, магнитотеллурической, магнитной и гравиметрической разведки;

    (е) получают модель физических свойств, которая дает значения по меньшей мере одного физического свойства в различных местах в подземной области путем одновременного использования отрезков сейсмометрических данных, информации о местоположении источника землетрясения и геофизических данных по меньшей мере одного другого типа;

    (ί) используют модель физических свойств для прогнозирования углеводородного потенциала подземной области;

    (д) в ответ на положительный прогноз бурят скважину в подземную область и добывают углеводороды.
24. 24. Способ обнаружения углеводородов в подземной области с использованием данных сейсморазведки с источником, которым является землетрясение, совместно с данными сейсморазведки с активным источником, содержащий следующие операции:

    (a) получают данные сейсморазведки с источником, которым является землетрясение, для подземной области, при этом приемниками для сейсморазведки являются сейсмометры, размещенные обычно над упомянутой подземной областью и расставленные для разведки на залежи углеводородов, причем упомянутые сейсмометры являются пригодными для сейсмологического обнаружения землетрясений в планетарном масштабе, и при этом упомянутые данные сейсморазведки с источником, которым является землетрясение, включают в себя по меньшей мере одно событие, указанное в таблице землетрясений как имеющее магнитуду, достаточную для того, чтобы оно содержало доминирующую частоту в интервале от 0 до 8 Гц;

    (b) получают данные сейсморазведки с активным источником для подземной области;

    (c) производят совместно решение обратной задачи по данным сейсморазведки с источником, которым является землетрясение, совместно с данными сейсморазведки с активным источником для получения модели физических свойств в подземной области;

    (ά) используют модель скоростей для прогнозирования углеводородного потенциала подземной области.