14.576.21.0052

Цель работы – разработка методов и алгоритмов эффективной комплексной обработки и интерпретации сейсмических и электромагнитных данных, получаемых одновременно на акватории арктического шельфа, для снижения геологических рисков на этапе поисков и разведки месторождений.

В 2016 году в рамках проекта решались следующие основные задачи: 1) проведение математического моделирования сейсмических и магнитотеллурических зондирований на цифровых моделях геологических структур Арктического шельфа; 2) проведение физического моделирования сейсмических и электромагнитных зондирований на изготовленном аппаратно-программном комплексе (АПК ФМ); 3) испытания созданного экспериментального образца автоматизированной системы (ЭО АС) сбора и обработки сейсмических и электромагнитных (магнитотеллурических, МТ) данных, реализующего разработанные на предыдущем этапе проекта алгоритмы совместной инверсии, проверка соответствия его функциональности и показателей назначения требованиям Технического задания.

Совместное использование сейсмических и электромагнитных методов при поиске и разработке месторождений позволяет повысить надежность интерпретации геофизической информации и существенно снизить риски бурения сухих скважин. Наиболее эффективным вариантом комплексирования является совместная инверсия данных. Необходимость совместной инверсии определяется тем, что геофизические обратные задачи являются некорректно поставленными. Совместная инверсия позволяет ограничить множество эквивалентных решений и повысить точность восстановления параметров разреза. Именно данный подход разрабатывается в рамках настоящего проекта.

Привлечение электромагнитных данных позволяет решить некоторые проблемы построения сейсмических изображений среды. Решение совместной обратной задачи для сейсмической томографии и MT зондирования позволяет построить корректную скоростную модель и изображение подошвы высокоскоростных объектов.

Таким образом, разработка метода эффективной совместной инверсии сейсмических и электромагнитных (магнитотеллурических) данных, выполняемая в рамках данного проекта с целью выявления перспективных структур в сложных геологических условиях, крайне актуальна. Главным элементом новизны предложенного метода является использование оригинальных структурных условий для связи моделей скорости продольных волн и УЭС, развивающих идею известного условия кросс-градиента.

В основе разработанного метода совместной инверсии лежит алгоритм Гаусса-Ньютона, являющийся наиболее эффективным алгоритмом решения 2D обратных задач геофизики благодаря своей быстрой сходимости. Обращаемыми данными являются времена первых вступлений сейсмических волн и побочная диагональ магнитотеллурического тензора импеданса. Используемая регуляризация позволяет учитывать разного рода априорную информацию о моделях среды, что повышает достоверность инверсии. Метод развивает структурный подход к совместной инверсии. Предлагаемые структурные условия требуют, чтобы, в зависимости от имеющейся априорной информации, градиент скорости был параллелен или антипараллелен градиенту удельного электрического сопротивления (УЭС), что является развитием известного условия кросс-градиента.

Математическое моделирование проводилось по утвержденной программе и методике. Вначале выполнялись методические работы, в результате которых был выбран шаг дискретизации в пространственной и временной области и граничные условия. Математическое моделирование выполнялось с использованием реалистичной геометрии наблюдений, учитывающей влияние водного слоя, однако для адекватного сопоставления с результатами физического моделирования были выполнены и расчеты с отсутствующим водным слоем. Результаты расчетов представлены в виде сейсмограмм ОТП (для сейсмического зондирования) и псевдоразрезов кажущегося сопротивления и фазы для ТМ и ТЕ моды (для магнитотеллурического зондирования).

Для проведения физического моделирования использовалась модернизированная баковая установка Геологического центра СПбГУ. Оснащенная автоматизированной системой 3D позиционирования, данная установка позволяет регистрировать сейсмическую и электромагнитную информацию в широком диапазоне частот и с большим соотношением сигнал/шум, а также реализовывать как 2D, так и 3D системы наблюдения с высокой точностью и повторяемостью. Созданная система может быть использована для решения широкого круга как научных, так и производственных задач.

Экспериментальные исследования  ЭО АС проводились с использованием данных, полученных при моделировании, по утвержденной программе и методикам на экспериментальном стенде, состоящем из двух узлов: сервера и клиентского компьютера, соединенных в локальную сеть. Работа с программным обеспечением в ходе экспериментов осуществлялась согласно технической документации ЭО АС.

Кроме того, в  соответствии с планом-графиком выполнены также геолого-экономический обзор шельфовых зон Мирового Океана и оценка перспектив развития соответствующих центров нефтегазодобычи. Обзор представлен на основании анализа около семидесяти источников (научных публикаций, отраслевых журналов, отчетов нефтяных компаний, ресурсов интернета) и содержит анализ развития организационных форм нефтегазового рынка, описание крупных месторождений шельфовых зон мирового океана и геоэкономических факторов, влияющих на процесс освоения морских месторождений углеводородов. Особое внимание уделено оценке влияния снижения стоимости нефти и экономических санкций на перспективы освоения Арктики и других акваторий Российской Федерации.

На данном этапе было выполнено сейсмическое и магнитотеллурическое математическое моделирование в соответствии с утвержденной программой и методикой для шести моделей геологической среды. Моделирование проводилось с использованием вычислительного кластера (суперкомпьютера) СПбГУ. Визуальная оценка результатов моделирования, а также сопоставление с результатами физического моделирования и аналитическими решениями, показали, что моделируемые объекты хорошо проявляются как в сейсмических, так и в электромагнитных полях. Высокое качество полученных данных позволило использовать их в качестве материала для экспериментальных исследований функциональности и достижения показателей назначения ЭО АС.

Выполнено физическое моделирование сейсмических и электромагнитных (магнитотеллурических) зондирований на четырех моделях геологических структур, получены сейсмические и электромагнитные данные высокого качества. Результаты физического моделирования согласуются с результатами математического моделирования для соответствующих моделей среды. Были также проведены специальные исследования взаимного влияния сейсмической и электромагнитной систем сбора информации, которые показали, что при выбранных параметрах возбуждающего сигнала электромагнитной системы и выбранных установках сейсмического тракта взаимным влиянием отдельных элементов комплекса можно пренебречь. Результаты физического моделирования, осложненные не учитываемыми при математическом моделировании помехами и эффектами, а также случайным и когерентным шумом различного происхождения, являются хорошим аналогом реальных полевых данных. Разработанный АПК ФМ соответствует уровню зарубежных лабораторий физического моделирования, а по ряду показателей превосходит их; совместное моделирование сейсмических и электромагнитных зондирований выполняется впервые.

Выполнены экспериментальные исследования ЭО АС сбора и обработки сейсмических и электромагнитных данных. Результаты исследований подтверждают, что разработанный образец соответствует требованиям Технического задания по комплектности, функциональности, показателям назначения и обеспечивает:

1)         возможность ввода сейсмической, навигационной и электромагнитной информации в форматах, принятых в индустрии;

2)         возможность контроля качества и визуализации вводимой информации;

3)         возможность совместной обработки (инверсии) сейсмических и электромагнитных данных, полученных при глубинах моря до 500 м;

4)         возможность построения результирующих геологических разрезов и моделей до глубин не менее 3 км от уровня дна;

5)         разрешающую способность формируемых изображений среды не менее 10 метров по вертикали и 50 м по горизонтали.

6)         возможность хранения результативной информации в форматах, принятых в индустрии;

7)         возможность передачи результативной информации по локальным сетям, интернету, на жестких носителях.

Условие кросс-градиента, используемое в разработанном алгоритме обработки данных, фактически является стандартом в совместной инверсии сейсмических и электромагнитных данных и определяет мировой уровень в данной области. Использование предложенных новых структурных условий позволяет существенно уменьшить неопределенность решения обратной задачи по сравнению с условием кросс-градиента и, в то же время, не требует точной априорной петрофизической информации.

На основании итогов работы по проекту разрабатываются рекомендации по использованию результатов проведенных прикладных научных исследований, технические требования и предложения по производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера, а также проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка комплексной системы поиска и разведки месторождений полезных ископаемых в шельфовой зоне Арктики, основанной на всестороннем комплексировании сейсмических и электромагнитных (магнитотеллурических) методов».

Освоение месторождений, находящихся в Арктическом регионе, является сложной и дорогостоящей задачей, которая в настоящее время дополнительно осложняется санкциями со стороны западных стран и падением цены на нефть. Однако в долгосрочной перспективе задача освоения арктического бассейна и закрепления в регионе является стратегической для государства. Поэтому в настоящее время необходимо разрабатывать приоритетные вопросы и развивать ключевые направления, такие, как адаптация существующих технологий разработки шельфовых месторождений к условиям арктического региона, и, в первую очередь, разработка и создание принципиально новых технологий для работы в Арктике. К таким технологиям относится совместная инверсия данных сейсмических и электромагнитных зондирований, реализованная в виде законченного программного продукта в рамках настоящего проекта, а также физическое моделирование зондирований в ситуациях сложных геологических сред, которое может осуществляться на созданной в Геологическом центре СПбГУ установке.