14.576.21.0052
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.
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.
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.