Исследование эквивалентностей горизонтально-слоистых поляризующихся сред в дифференциально-нормированном методе электроразведки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат геолого-минералогических наук Агеенков, Евгений Валерьевич

• Агеенков, Евгений Валерьевич
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Агеенков, Евгений Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. Дифференциально-нормированный метод электроразвеки.

1.1. Залежь УВ как объект исследования методами ВП.

1.2. Физическая интерпретация дифференциально-нормированных параметров — трансформант электромагнитного поля, применяемых в дифференциально-нормированном методе электроразведки.

1.2.1. Пространственная производная полей индукции и ВП, дифференциально-нормированный параметр Pi.

1.2.2. Временные производные поля и его пространственной производной. Дифференциально-нормированный параметр Dep.

1.3.Актуальность исследования эквивалентностей слоистых поляризующихся сред.

2. Методика и результаты исследования эквивалентностей в ДНМЭ.

2.1. Эквивалентности в электроразведке для неполяризующихся и поляризующихся слоистых разрезов.

2.2. Методика исследования эквивалентностей.

2.3. Пределы S и Т-эквивалентности для ДНП и AU.

2.4. Эквивалентность поляризующихся параметров в терминах модели Коул-Коул.

2.5. Робастный аналог среднеквадратического расхождения.

3. Учет эквивалентности поляризационных параметров при геологической интерпретации данных ДНМЭ.

3.1. Участок в пределах прибалтийской части Русской Платформы.

3.2. Участок в пределах южной части Русской платформы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование эквивалентностей горизонтально-слоистых поляризующихся сред в дифференциально-нормированном методе электроразведки»

Цель работы. Проблема эквивалентности давно известна в электроразведке: она заключается в неоднозначности выбора модели в рамках зафиксированной экспериментатором структуры данных, либо в неоднозначной интерпретации полевых кривых из-за присутствия случайных ошибок в результатах наблюдений и ограниченной экспериментальной точности [31]. Изучению принципа эквивалентности и пределов его применимости уделялось большое внимание (Заборовский, 1963; Пылаев, 1968; Колмаков, 1962; Ваньян, 1965; Матвеев, 1964, 1965, 1966; Хмелевской, 1970; Табаровский, Эпов, Сосунов, 1985 и др.). Однако, все эти работы были посвящены неоднозначности определения кажущегося сопротивления и мощности слоев неполяризующихся разрезов.

Попытки изучения поляризующихся свойства среды делались с помощью многих электроразведочных методов, однако повысить информативность и разрешающую способность при изучении поляризуемости стало возможным с появлением методики измерений основанной на понимании различий структуры полей ВП и электромагнитной индукции. Измерение пространственной, получение временных производных и формирование дифференциально-нормированных параметров (ДНП) в дифференциально-нормированном методе электроразведки (ДНМЭ) позволило выделить периоды преобладания сначала поля индукции, затем ВП в едином процессе становления и получить информацию о поляризационных характеристиках геоэлектрического разреза, а так же повысить чувствительность к изменению проводимости пород по вертикали. А решение одних вопросов неизбежно выдвигает на первый план ряд новых. Один из них касается принципов эквивалентности поляризующихся параметров и оценки разрешающей способности ДНП при определении этих свойств среды.

При изучении процессов вызванной поляризации (ВП) чаще всего применяется модель частотной дисперсии сопротивления p=f(co). Формула Коул-Коул (1) определяет зависимость сопротивления среды, в частотной области, от поляризуемости, времени релаксации и ширины релаксационного спектра. р(со)=-- (1)

1--2—

ЩгсотУ

Описав процесс ВП с помощью частотной дисперсии сопротивления и выбрав модель Коул - Коул, мы ввели еще 3 геоэлектрических параметра г\, т и с, помимо сопротивления и мощности слоя (h).

Поляризационные параметры в формуле Коул - Коул определяют изменения сопротивления с изменением частоты от левой до правой асимптоты частотной характеристики. Асимптотические значения соответствуют сопротивлению среды при постоянном токе - левая асимптота - и максимальному понижению сопротивления на высоких частотах, пропорциональному поляризуемости среды poc=po-poTl(%) ~ правая асимптота. Причем для реальных разрезов значения г| обычно не превышает 30% для рудных зон с сульфидной минерализацией и 15% для пород измененных присутствием углеводородов (УВ). А изменения регистрируемого электромагнитного отклика, при малом изменении поляризуемости, будут очень малы. Поэтому, изучая эти изменения среды, мы имеем дело с «тонкими» эффектами, которые необходимо подчеркивать, используя различные трансформанты электромагнитного поля, так же мы должны четко знать пределы действия эквивалентностей и наши возможности по определению геоэлектрических характеристик моделей учитывающих поляризацию среды.

В своей диссертационной работе П.Ю. Легейдо [14] продемонстрировал пример существования эквивалентности сопротивления и поляризуемости проводящего слоя перекрытого более высокоомным в результатах измерения разности потенциалов на поверхности геоэлектрической среды и отсутствия этой неопределенности в измерениях ДНП. Это был первый шаг и определение нового поля исследовательской деятельности в области электроразведки.

Автору данной работы хотелось бы использовать накопленные знания при разработке программы инверсии для диспергирующих сред применительно к ДНМЭ, а при моделировании полевых кривых стала просматриваться еще одна проблема, которую необходимо решить перед созданием алгоритма обратной задачи. Дело в том, что для некоторых типов разрезов, кривая ДНП D(p имеет быст5 ро изменяющуюся - высоко градиентную часть. Объективная оценка расхождения между полевой и модельной кривыми становится проблематичной, т.к. сред-неквадратическое расхождение подвержено большим и незакономерным изменениям, что приводит к невозможности использовать весь диапазон времен кривой Dcp и необходимости постоянно следить за ограничением временного диапазона, в пределах которого, происходит расчет среднеквадратического расхождения. Автор предлагает оригинальный способ оценки расхождения между полевой и модельной кривой Dcp, имеющей градиентный участок, разработанный совместно с Ю.А. Давыденко. Это робастный аналог среднеквадратического расхождения, использующий некоторую весовую функцию, которая понижает вклад сильно различающихся участков кривой, не искажая при этом среднего расхождения. В работе исследовано поведение целевой функции при использовании робастного аналога среднеквадратического расхождения.

Цель, которую преследовало мое исследование, состояла в следующем: средствами компьютерного моделирования исследовать особенности проявления в параметрах ДНМЭ эквивалентности горизонтально-слоистых поляризующихся сред.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить S- и Т- эквивалентности горизонтально-слоистых поляризующихся моделей, выполнить сравнительный анализ их проявления при регистрации разности потенциалов и дифференциально-нормированных параметров (ДНП).

2. Применительно к ДНМЭ на основе модели Коул-Коул исследовать проявление эквивалентности поляризационных параметров горизонтально-слоистых сред.

3. Предложить рекомендации по учету эквивалентности горизонтально-слоистых поляризующихся сред при геологической интерпретации данных ДНМЭ.

Научная новизна.

1. Выполнена сравнительная оценка проявления действия S- и Т-эквивалентностей поляризующихся сред при регистрации разности потенциалов и ДНП.

2. Впервые выполнены систематические исследования проявлений эквивалентности поляризационных параметров модели Коул-Коул в методе ВП и ДНМЭ.

3. Исследована возможность применения робастного аналога среднеквадратического отклонения для подавления случайных выбросов значений целевой функции параметров ДНМЭ.

Практическая ценность. Результаты выполненных исследований явились основанием для закрепления времени релаксации поляризационного процесса при инверсии данных ДНМЭ, что привело к снижению неоднозначности их геологической интерпретации.

Внедрение результатов исследования. Полученные автором научные и практические результаты применяются при проведении нефтегазопоисковых работ дифференциально-нормированным методом электроразведки в России и СНГ. Представленные в диссертации материалы используются при чтении лекций по специальному курсу электроразведки для студентов геофизической специальности Иркутского государственного технического университета (ИрГТУ).

Основные защищаемые положения.

1. При изучении горизонтально-слоистых поляризующихся сред дифференциально-нормированный метод электроразведки по сравнению с методом ВП обеспечивает значительное сужение области проявления S- и Т-эквивалентностей.

2. Главным фактором, определяющим эквивалентность поляризационных параметров при инверсии данных ДНМЭ в рамках модели Коул-Коул, является описанная ранее (Pelton et al., 1978) связь между поляризуемостью г|, временем релаксации т и показателем степени с.

3. Установленная эквивалентность ц и т является основанием для закрепления параметра т при инверсии данных ДНМЭ, что позволяет снизить неоднозначность их геологической интерпретации.

Метод исследования и вклад соискателя. Вычислительный эксперимент, основанный на многократном решении прямой задачи нестационарных электромагнитных зондирований горизонтально-слоистых поляризующихся сред для ДНМЭ (использовалась разработанная П.Ю. Легейдо программа «Байкал»); построение двумерных срезов целевой функции, на которых наглядно отображается поведение оврага функции цели. В качестве критерия, определяющего область проявления эквивалентности, использовалось среднеквадратическое расхождение полевых измерений параметров ДНМЭ. Все расчеты, их анализ и обобщение осуществлены соискателем во время обучения в аспирантуре кафедры прикладной геофизики и геоинформатики ИрГТУ.

Апробация. Представленные в диссертации научные и практические результаты докладывались на школе-семинаре молодых геофизиков в Екатеринбурге (2002), на расширенных семинарах лаборатории электромагнитных полей ИГФ СО РАН (2002, 2003, Новосибирск), в Институте геофизики и метеорологии Кельнского университета (2000), на кафедре геофизики Санкт-Петербургского государственного университета (2004), а так же на ежегодных научно-технических конференциях ИрГТУ.

Публикации.

1. Агеенков Е.В. Исследование поляризуемости и времени релаксации для поляризующихся разрезов. Сборник докладов конференции ИрГТУ. Иркутск 2000.

2. Агеенков Е.В. Эквивалентная зависимость между параметрами модели Коул-Коул для поляризующихся разрезов. Вестник стипендиатов DAAD ИрГТУ, №1 2001.

3. Агеенков Е.В. Эквивалентность определения поляризуемости и времени релаксации слоя с частотной дисперсией проводимости. Третья уральская молодежная научная школа по геофизике. Сборник докладов. Екатеринбург 2002.

4. Мандельбаум М.М., Агеенков Е.В., Легейдо П.Ю., Пестерев И.Ю., Рыхлинский Н.И. Современное состояние и перспективы применения дифференциально-нормированного метода электроразведки для поисков нефти и газа // Геология и геофизика, 2002, т. 43, №12, с. 1137-1143.

Объем и структура работы. Работа представлена на 107 страницах текста и состоит из 4-х основных глав.

Благодарности. За неизменную поддержку и помощь в работе над диссертацией автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору Н.О. Кожевникову и начальнику Сибирской геофизической партии ФГУГП «Иркутскгеофизика» П.Ю. Легейдо; за ценные критику, советы, замечания и обсуждение отдельных вопросов и работы в целом - В.Н. Алаеву, Е.Ю. Антонову, И.Г. Беловежцу А.Ю. Давыденко, Ю.А. Давыденко, А.Г. Дмитриеву, И.Н. Ельцову, С.А. Иванову, В.А. Комарову, С.С. Крылову, B.C. Могилатову, О.Н. Тирскому, М.И. Эпову. Автор признателен Немецкой службе академических обменов (DAAD) за предоставленные стипендию и возможность пройти научную стажировку по теме диссертации в Институте геофизики и метеорологии Кельнского университета (2000), а также коллективу Сибирской геофизической партии ФГУГП «Иркутскгеофизика» за творческую атмосферу, которая в значительной мере способствовала работе над диссертацией.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Агеенков, Евгений Валерьевич

Выводы

Описанная выше геологическая интерпретация данных зондирований ДНМЭ и итоги бурения в двух нефтегазоносных провинциях позволяют заявить, что актуальность использования ДНМЭ для поисков нефти и газа не исчезла, даже при наличии эквивалентной зависимости поляризующихся параметров, необходимо лишь учитывать знания о т]тс-эквивалентности при инверсии данных ДНМЭ.

Итогом этой главы может быть третье защищаемое положение: установленная эквивалентность т| и т является основанием для закрепления параметра т при инверсии данных ДНМЭ, что позволяет снизить неоднозначность их геологической интерпретации.

Заключение.

Несмотря на большое внимание, уделяемое исследованию процессов ВП, проведенная работа показала сложность и необходимость дополнительного, более углубленного изучения этого явления. Появление новых подходов к измерению переходного процесса, заложенных в ДНМЭ, предоставляет нам возможность определенно продвинуться в понимании этих процессов.

Успешное применение ДНМЭ для поисков нефти и газа сделало актуальными вопросы эквивалентностей поляризующихся разрезов, так как главными поисковыми признаками, показывающими присутствие УВ в разрезе, на сегодняшний день, является одновременное увеличение коэффициента поляризуемости и изменение (уменьшение или увеличение) времени релаксации по латерали. Между тем в работе показано присутствие эквивалентной связи между поляризационными параметрами одного слоя. Что послужило толчком к осуществлению корректировки принципов моделирования и геофизической интерпретации поляризационных параметров (г|, т, с). С использованием знаний об эквивалентности поляризующихся параметров проведено моделирование кривых зондирования ДНМЭ в пределах двух крупных нефтегазоносных провинций и получены положительные геологические результаты.

Исследование, касающееся эквивалентностей поляризующихся разрезов в рамках модели Коул-Коул, нельзя назвать завершенным. Так же актуальным остается вопрос о принципах зондирования применительно к глубинному изучению поляризующегося разреза, ведь скин-эффект индукционных зондирований нельзя в чистом виде применить к поляризующимся средам.

Так же в рамках работы проведено исследование пределов действия S- и Т-эквивалентностей для поляризующихся разрезов применительно к ДНМЭ. В результате показано, что информативность разности потенциалов AU в линии MN ниже, чем у дифференциально-нормированных параметров, при определении сопротивления и мощности слоя, которому свойственна S- или Т-эквивалентность.

Исследование эквивалентностей имеет еще одно практическое значение — построение более технологичного алгоритма обратной задачи для поляризующихся разрезов. Ведь наличие эквивалентностей приводит к появлению овражных целевых функций, а движение по оврагу чрезвычайно замедляет процесс решения. Имея информацию об эквивалентности можно закреплять один из взаимосвязанных геоэлектрических параметров или вводить обобщенный параметр - инвариант. Что уменьшит размерность области решения и поможет повысить скорость и эффективность решения обратной задачи.

Разработанный робастный аналог среднеквадратического расхождения на основе функций влияния Хампеля призван сделать оценку отклонения модельной от экспериментальной кривой более устойчивой, что так же повышает эффективность решения обратной задачи применительно к ДНМЭ. Проблема неустойчивости среднеквадратического расхождения возникает, если функция отклика быстро изменяется во времени как ДНП Dep.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Агеенков, Евгений Валерьевич, 2004 год

1. Багоцкий B.C. Основы электрохимии. М., Химия-1988.

2. Вешев С.А., Васильева В.И., Ворошилов Н.А. Новая технология оценки перспективности площадей на нефть геоэлектрохимическими методами. Тез. докл. Международная геофизическая конференция, С.Петербург-1995.

3. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Введение в электрохимическую кинетику. -М., Высшая школа-1975.

4. Дзвинель Я. Углеводородная залежь в качестве активного геоэлектрического объекта в системе прямых поисков ВЕГА- Д. — 1977-№ 3, т. 33.

5. Дмитриев А. Н. Геоэлектрическая модель среды с поляризованной залежью углеводородов. Разведочная геофизика-1981- № 93.

6. Дмитриев А. Н. Геолого-геофизические основы поисков электрически поляризованных объектов нефтяных и рудных залежей (на примере Западной Сибири). Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук. Тюмень-2002 — 278 с.

7. Жилинскас А., Шалтянис В. Поиск оптимума: компьютер расширяет возможности.-М.:Наука-1989-128 с.

8. Занадворов Н.П., Лисицын Е.Д., Петров А.А. и др. Математическое моделирование залежи углеводородов в методе становления электрического поля. Тез. докл. Международная геофизическая конференция, С.-Петербург-1995.

9. Комаров В. А. Электроразведка методом вызванной поляризации. Д., Недра-1980 390 с.

10. Комплексирование геофизических методов при решении геологических задач. Под ред. В. Е. Бродовского. М., Недра-1987 321 с.

11. Корольков Ю. С. Эффективность электроразведочных методов при поисках нефти и газа. М.-1988.

12. Круглова З.А. Применение метода вызванной поляризации при поисках нефти и газа. В кн. : Обмен опытом в области геофизических и геохимических поисков залежей нефти и газа. М., ВИЭМС-1975- с. 110-111.

13. Легейдо П.Ю. Теория и технология дифференциально-нормированной геоэлектроразведки для изучения поляризующихся разрезов в нефтегазовой геофизике. Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук. Иркутск-1998.

14. Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Дифференциально-нормированные методы электроразведки. — Методическое пособие. Иркутск- 1996.

15. Лисицын Е.Д. Прогнозирование морских залежей нефти и газа комплексом несейсмических методов. Тез. докл. //Всероссийский научно-практический семинар "Несейсмические методы поисков углеводородного сырья на суше и шельфе России". М.- 1997.

16. Матвеев Б.К. Интерпретация электромагнитных зондирований. М., Недра-1974. 232 с.

17. Моисеев B.C., Тараторкин Б.Ф., Шлепнев В.Б. Результативность прогноза залежей углеводородов методом вызванной поляризации в Западной Сибири. Тез. докл. Международная геофизическая конференция, С.-Петербург-1995.

18. Моисеев B.C. Метод вызванной поляризации при поисках нефтепер-спективных площадей.- Новосибирск: Наука-2002.-135с.

19. Полетаева Н.Т. Применение электроразведки для прямых поисков залежей углеводородов. (Разведочная геофизика. Обзор ВИЭМС). М.-1986,-33 с.

20. Применение фазового метода вызванной поляризации при поисках нефтяных и газовых месторождений. Алексеев A.M., Куликов А.В., Шемякин Е.А. и др. В кн.: Разведочная геофизика в СССР на рубеже 70-ых годов. М., Недра- 1974- с. 181 - 185.

21. Путиков О.Ф., Вешев С.А., Ворошилов Н.А., Алексеев С.Г., Цзыюн Чжоу, Касьянкова Н.А. «Струйные» ореолы рассеяния над нефтегазовыми залежами в неоднородных породах. \\ Геофизика -2000-№1 с. 52-56.

22. Пылаев A.M. Руководство по интерпретации вертикальных электрических зондирований. М., Недра- 1968. 148 с.

23. Рокитянский И. И. Лабораторное изучение вызванной поляризации осадочных пород. Изв. АН СССР, сер. Геофизика- 1957-№ 2- с. 217 -228.

24. Рокитянский И. И. О природе вызванной поляризации ионопроводя-щих сред. Изв. АН СССР, сер. геоф.- 1959- с. 1055- 1060.

25. Рыжов А.А. Эффективность метода ВП при поисках нефтяных месторождений (на примере нефтяных месторождений юго-восточной части Татарии). Тез. докл. Международная геофизическая конференция, С.-Петербург- 1995.

26. Рысс Ю.С., Гольдберг И.С., Алексеев С.Г., Духанин А.С., Струйная миграция веществ в образовании вторчных ореолов рассеяния: Докл. АН СССР- 1987-№ 4- с. 956-958.

27. Светов Б.С., Агеев В.В. Частотная дисперсия проводимости горных пород и высокоразрешающая электроразведка. Тез. докл. - Международная геофизическая конференция " Электромагниные исследования с контролируемыми источниками. С.-Петербург- 1996.

28. Сейфуллин Р.С., Хавензон И.В. Природа естественных электрических полей над залежами углеводородов. Тез. докл. Международная геофизическая конференция, С.-Петербург- 1995.

29. Стренг Г. Линейная алгебра и ее применение. М.- 1980 454 с.

30. Табаровский Л. А., Эпов М.И., Сосунов О.Г. Оценка разрешающей способности электромагнитных методов и подавление помех в системах многократного наблюдения (теория, алгоритмы, программы).-Новосибирск- 1985-48с.

31. Федынский В.В., Аширов К.Б., Азаров С.С. О модели залежи нефти и газа как объекта прямых геофизических поисков. Докл. АН СССР,-1978- т. 242-№ 2.

32. Физико-химические основы прямых поисков залежей нефти и газа. Под ред. Каруса Е. В. М., Недра- 1986 221 с.

33. Хампель Ф., Рончетти Э., Рауссеу П., Штаэль В., "Робастность в статистике. Подход на основе функций влияния", М., "Мир", 1989-512с.

34. Электроразведка. Справочник геофизика. М., Недра- 1989- т. 1 2.

35. Эпов М.И., Ельцов И.Н. Прямые и обратные задачи индуктивной геоэлектрики в одномерных средах. Новосибирск- 1992-31с.

36. Яковлев А.П., Круглова З.Д. Изменение пород под влиянием залежей нефти и газа и возможность их выявления геофизическими методами. М.- 1977.

37. Якубовский Ю.В., Ляхов Л.Л. Электроразведка: Учебник для техни-кумов.-М.: Недра- 1988-395с:ил.

38. Яновская Т.Б., Порохова Л.Н. Обратные задачи геофизики. — Л.: Изд-во Ленингр. ун-та- 1983- 212 с.

39. Azad I. Electrical transients a pragmatic approach to oil and gas discoveries.-Oil and Gas J.- 1981-vol. 77-NO 51-p. 104- 108.

40. Electrical method for hydrocarbon exploration. Induced polarization (in-depth) method. -Study earth and man, Dallas, Tex., 1984, Oil and gas exploration using spectral induced polarization. -Phoenix geophysics limited- 1984.

41. Gaur V.K., Niwas S., Garg N.R. Electrical resistivity anomalies over hydrocarbon bearing structures. Proc. Indien Acad. Sci. Barth and Planet. Sci.- 1980- vol. 89- 2- p. 239-248.

42. Induced polarization explained. -Oilweek, 1978, v.22., Oil and gas exploration using spectral induced polarization. -Phoenix geophysics limited-1984.

43. Meju Max A. Geophysical data analysis: understanding inverse problem theory and practice. Society of exploration geophysicists. Tulsa- 1994-p.296.

44. Muller M. Ergebnisse geoelectrischer Polarizationsmessungen. ZS. Geoph.- 1940-Bd. 16-H 7/8.

45. Oil and gas exploration using spectral induced polarization. -Phoenix geophysics limited- 1984.

46. Pelton W.H., Ward S.H., Hallof P.G., Still W.R.,. Nelson P.H. Mineral discrimination and removal inductive coupling with multifrequency IP. Geophysics- 1978- vol. 43- NO 3.

47. Pirson S. D. Progress in magnetoelectric exploration. -Oil and Gas J.-1982- vol.80-41p.

48. Pirson S. D. Computerized magnetoelectric ezploration case history: Gid-ding field in Texas. - Oil and Gas J.- 1982- v.76- 25p.

49. Snaider D. Exploration for petroleum using complex resistivity measurements. Advances in induced polarization and complex resistivity. The University of Arizona- 1984-January 5-7.