Исследование и развитие технико-методических приемов сейсморазведки на предельном мелководье акваторий

Полоса мелководья, непосредственно примыкающая к береговой линии морских акваторий и получившая название «транзитной зоны», долгое время была недоступна как для морских, так и для наземных геофизических исследований. Однако известно [25,28], что многие нефтегазоперспективные провинции мира и отдельные месторождения нефти и газа имеют свои продолжения в пределах мелководных частей шельфа, морских заливах, реках, озерах, водохранилищах и т. п. Соответственно, серьезные перспективы в отношении потенциальной нефтегазоносности следует связывать и с относительно малоизученными, но самыми обширными в мире мелководными акваториями России.

По данным ВНИГРИ, зоны арктического мелководья (0−20 м) содержат до 25% общих прогнозных запасов углеводородов арктических морей [39]. При этом обширные, весьма перспективные акватории — Печорская и Хайпудырская губы в Баренцевом море, Обская, Тазовская и Гыданская губы, западное и северное мелководья полуострова Ямал в Карском морехарактеризуются глубинами от 0 до 10 м. Эти акватории, площадью более 100 тыс. км2, непосредственно примыкают к известным на суше месторождениям Тимано-Печорской и Западно-Сибирской нефтегазовых провинций.

Высокие перспективы в открытии крупных залежей нефти и газа имеет Северный Каспий, простирающийся в субширотном направлении более чем на.

500 км, и представляющий собой мелководную акваторию площадью около.

2 2 92 тыс. км, в том числе 36 тыс. км при глубинах моря 0−2 мпри этом область глубин моря до 3 м протягивается на 10−50, а местами до 70 км от берега.

Практически вся акватория Северного Каспия отличается высокой нефтегазоперспективностью [34]. Открытия крупных нефтяных месторождений на полуострове Бузачи (Каламкас, Каражанбас) резко увеличили интерес к прилегающим районам. В первую очередь к зонам возможного западного и северного погружений этого выявленного поднятия, которые располагаются в области глубин моря 0−2 м. Полоса высокоперспективных объектов тяготеет к северо-восточной зоне Северного Каспия к широте месторождений Тенгиз, Королевское и Прорвинское, расположенным на сопредельной суше. Обнаружение в 1988 году морскими сейсморазведочными работами рифогенных структур, впоследствии приведшее к открытию крупнейшего нефтяного месторождения Каша-ган (юрисдикция Республики Казахстан), переводит акваторию Северного Каспия в разряд наиболее перспективных площадей СНГ. Значительный интерес в этом регионе могут также представлять структуры Северо-Кулалинского и Тюб-Караганского валов.

В связи с открытием ряда газовых месторождений на акваториях Черного и Азовского морей и перспективностью второго структурного этажа не только в Сивашской, но и в Каркинитской впадинах, их мелководье с площадями соответственно в 40 и 15 тыс. км также заслуживает серьезного внимания.

Общая площадь мелководных зон акваторий Арктики, Азово-Черноморского и Северо-Каспийского бассейнов составляет:

Глубины моря площадь.

0- 5 м 210,4 тыс. км2.

5 — Юм 199,6 тыс. км2.

10−20 м 361,2 тыс. км2.

Итого: 771,2 тыс.км.

Эта значительная цифра, определяет очень высокие перспективы сейсморазведочных работ на мелководье и в транзитных зонах «море-суша». Месторождения мелководных участков наиболее доступны для поисковоразведочного бурения и эксплуатации месторождений нефти и газа, не требуют протяженных морских трубопроводов и громоздких свайных оснований, что может сделать рентабельной разработку даже сравнительно мелких месторождений. В то же время они менее всего изучены методами сейсморазведки. Вследствие этого увязку геологических структур акватории и соседней суши, разделенных полосой мелководья, в большинстве регионов осуществляли почти исключительно по материалам дистанционных съемок. По этой же причине транзитная зона оставалась практически неизученной и выпадала из поля зрения геологов при проведении нефтегазопоисковых работ. С географической точки зрения переходные зоны включают береговые топи, заливные участки суши, отмели, дельты рек, мелководные рифы, широкие приливные зоны, глубина воды в которых менее 10−15м.

В НИИморгеофизике [39] принято разделение транзитных зон на полосу мелководья с глубиной Зм-10м, полосу предельного мелководья 3-м-0м и полосу суши, где сейсмические наблюдения проводятся согласованно с наблюдениями на суше и на море.

С позиций сейсморазведки предельное мелководье — это акватория, где применение буксируемой морской сейсмокосы невозможно из-за малых глубинправильное согласование сейсмоприемников со средой существенно затруднено, использование взрывчатых веществ в качестве источника запрещено, применение пневмоисточника неэффективно, а обычный вибросейсмический источник не дает нужного эффекта из-за слабости грунта. Кроме того, в её пределах повышаются требования к экологической безопасности проведения работ, и возрастает сложность их организации. Французский исследователь Denis Mougenot (фирма Sersel) справедливо назвал развитие технологии проведения работ в переходных зонах последним рубежом сейсморазведки [48]. Это действительно так. Здесь, к сожалению, неприменимы десятилетиями до совершенства отработанные методические приемы проведения сейсморазведки на суше или на море.

Объединяющим признаком зон предельного мелководья акваторий различного типа является и то, что использование типовых плавсредств в качестве носителей сейсмической аппаратуры практически также невозможно, как и применение типовой методики морской сейсморазведки [31,37,39]. Предельное мелководье отличается различного рода опасностями для плавания судов, которые нехарактерны для районов открытого моря. Эти опасности и препятствия имеют как естественную природу, так и обусловлены деятельностью человека. К естественным препятствиям относятся неровности подводного рельефа, песчаные и илистые бары, рифовые образования, мели и зоны осушки, узкие проходы, непостоянство фарватеров, резкие и непредсказуемые ветры и течения, прибрежные топи, густая прибрежная растительность и др. Деятельность человека создает опасности в виде свалок, различных затопленных предметов, искусственных сооружений и др. Кроме того, зона мелководья часто используется для других видов деятельности человека (рыбная ловля, пассажирское и грузовое судоходство, отдых на воде), что создает дополнительные сложности для проведения геофизических работ.

Таким образом, актуальность разработки эффективных технико-методических приемов проведения сейсмических IV и ЗБ работ по исследованию предельно мелководной (0,5м — 5,0 м) части акваторий, представляется очевидной.

В настоящее время не существует универсальных технологий проведения сейсморазведки в предельном мелководье акваторий.

В отсутствии специальных технологий и оборудования исследования в зонах прельного мелководья проводятся, как правило, с применением, адаптированного к использованию в водной среде оборудования, предназначенного для проведения работ на суше [32]. Реже «выйти на берег» пытаются, продолжая использовать морское оборудование [3,12].

В обоих случаях это не эффективно из-за существующих ограничений применяемой регистрирующей аппаратуры, низкой производительности и низкого качества получаемого материала. Причины, по которым, качество материала и производительность работ, как правило, оставляют желать лучшего, кроются в вынужденной самодеятельности при адаптации существующего оборудования к решению несвойственных его назначению задач.

Требуется разработка новых технологий, основанная на комплексном подходе к решению задачи. Наряду с технологией проведения наблюдений необходимо разработать и создать, необходимые специальные технические средства, в том числе, транспортные средства, источники возбуждения колебаний и системы позиционирования оборудования, использование которых обеспечивает достижение высокой производительности работ.

Проведение сейсморазведочных исследований в предельном мелководье акваторий — это почти всегда «штучная работа», а каждая удачно разработанная технология эксклюзивна.

Цель работы.

Разработка эффективных технико-методических приемов проведения 2Т> и ЗБ сейсморазведочных работ в условиях предельного мелководья в интервале глубин 0,5 -5,0 м.

Основные задачи исследований:

1. Изучение особенностей возбуждения и приема сейсмических колебаний в условиях предельного мелководья акваторий с целью разработки эффективных технико-методических приемов проведения сейсморазведочных работ МОГТ.

2. Создание специальных транспортных средств, рациональная компоновка группового источника на транспортном средстве и разработка способа позиционирования приемной донной телеметрической косы при работах в предельном мелководье акваторий.

3. Разработка способа комбинирования сигналов, синхронно принимаемых на дне акватории системой датчиков гидрофон + геофон для ослабления искажающего влияния на спектры регистрируемых волн эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника.

4. Опробование и производственное применение разработанных технико-методических приемов проведения 2Т> и ЗБ сейсморазведочных работ в условиях предельного мелководья акваторий.

Методы и объекты исследований.

При разработке теоретических основ технологии применялись методы математического моделирования и экспериментальное полевое исследование явлений интерференции волн при возбуждении и приеме колебаний. Объектом исследований служила теоретическая и натурная модель предельного мелководья акваторий.

При разработке мобильного аппаратурно-технического комплекса использовался расчетно-конструкторский метод, а также лабораторные, полигонные и морские функциональные испытания разработанных технических средств и их взаимодействие.

Фактической основой работы явились результаты, полученные автором в ходе опытно-методических и производственных работ компаний «СИ Технолоджи», «ПГС-Хазар» и «Донгеофизика» в период 2003 — 2008 г. г.

Научная новизна.

1. Впервые, на основе изучения интерференционных явлений в ближней зоне источника и приемника в условиях предельного мелководья в интервале глубин 0,5 — 5,0 м, обоснована возможность проведения сейсмических работ с неизменной глубиной погружения источника.

2. Разработан, изготовлен и прошел широкое производственное опробование эффективный мобильный комплекс технических средств, впервые обеспечивший получение материалов высокого качества при высокой производительности работ в условиях предельного мелководья акваторий.

3. Разработан оригинальный алгоритм ослабления эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника путем комбинирования сигналов, регистрируемых в каждом пункте приема системой датчиков гидрофон + геофон приемной телеметрической косы системы XZone® Marsh Line.

4. Впервые в отечественной практике сейсморазведки получен куб 3D данных по неширокой реке (на примере р. Вятка) с использованием раскладки донной косы «змейкой».

Практическая значимость и реализация результатов.

Разработанная технология успешно применяется при проведении 2D и 3D сейсморазведочных работ компанией ООО «ДОНГЕОФИЗИКА». Объем выполненных ею работ с использованием разработанной технологии в 2007 г. составил около 600 км 2D профилей на территории Нижне-Камского водохранилища, реке Вятка и Северном Каспии и около 30 кв. км 3D работ по р. Вятка. В 2008 г. компанией ООО «ДОНГЕОФИЗИКА» с применением разработанной технологии работ отработано более 1400 км профилей на реках Кама, Вятка и в предельном мелководье Азовского морят (Приложение 1).

Компания «ПГС-Хазар» использует систему XZone® Marsh Line с 2003 г. Разработанные в процессе подготовки диссертации транспортные средства, система позиционирования приемных модулей и суммирование синхронно зарегистрированных (PZ) записей для подавления интерференции волн в ближней зоне приемника с 2007 г. приняты компанией на вооружение и введены в производственную практику. В 2007;2008 гг. с применением и разработанной технологии работ и использованием системы XZone® Marsh Line компанией «ПГС-Хазар» отработано 2200 пог. км 2D профилей и выполнено 1000 кв. км 3D работ (Приложение 2).

Разработанная технология передается компанией «СИ Технолоджи» новым пользователям системы XZone® Marsh Line.

Основные защищаемые положения.

1. Технология проведения сейсмических работ с донной телеметрической косой системы XZone® Marsh Line, обеспечивающая эффективное изучение геологических объектов на акваториях в диапазоне глубин водного слоя, равном 0,5 — 5,0 м.

2. Мобильный комплекс технических средств, включающий самоходный понтон-катамаран, оптико-электронный датчик укладки приемных модулей, а также рациональные способы компоновки и перемещения группового источника сейсмических колебаний обеспечивающие в условиях предельного мелководья высокую производительность работ и необходимую точность позиционирования оборудования.

3. Алгоритм суммирования синхронных записей системы датчиков гидрофон + геофон для приемной косы системы XZone® Marsh Line, позволяющий эффективно ослаблять влияние эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника на спектры регистрируемых волн.

Личный вклад автора.

1. Обоснована возможность проведения сейсморазведочных работ с неизменной глубиной погружения источника в предельном мелководье в диапазоне глубин водного слоя 0,5 — 5,0 м.

2. При проведении сейсмических исследований в предельном мелководье показана необходимость синхронного приема колебаний акселерометрами и гидрофонами для ослабления искажений динамических характеристик регистрируемых волн из-за эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника.

3. Разработан оригинальный алгоритм комбинирования синхронных записей системы датчиков гидрофон + геофон для системы XZone® Marsh Line.

4. При непосредственном участии автора разработаны новые специальные технические средства, в виде самоходного понтона-катамарана с гребными колесами и оптико-электронного датчика фиксации координат приемных модулей, составляющие основу разработанной современной технологии проведения сейсморазведочных 2D и 3D работ в условиях предельного мелководья с использованием донной телеметрической косы.

5. Обоснована и опробована эффективность замены вертикального накапливания воздействий неподвижного группового грязевого пневматического источника сейсмических колебаний на возбуждение колебаний в процессе его движения с последующим «лабораторным» группированием записей, осуществляемым в процедуре бинирования при обработке данных МОГТ.

6. Автор диссертационной работы осуществлял непосредственное методическое руководство проведением сейсморазведочных работ при полевом опробовании разработанных технико-методических приемов, а также при обработке полученных материалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Исследования, проведенные в процессе разработки эффективной технологии 2D и 3D сейсморазведки МОГТ для условий предельного мелководья акваторий, позволили получить следующие результаты:

1) На основе исследования условий возбуждения колебаний в условиях предельного мелководья автором показано, что в диапазоне глубин акваторий 0,5 — 5,0 м проведение сейсморазведочных работ возможно с неизменной глубиной погружения источника возбуждения колебаний, что позволило обеспечить производительность работ, сравнимую с аналогичными исследованиями на суше.

2) Разработанный при непосредственном участии автора, мобильный комплекс специальных технических средств, включающий самоходные понтоны-катамараны, оптико-электронный датчик укладки приемных модулей позволяют успешно позиционировать и перемещать сейсморазведочное оборудование по площадям предельного мелководья акваторий.

3) Совокупность технико-методических приемов и технических средств, разработанная лично автором и при его непосредственном участии, позволила создать эффективную технологию проведения 2D/3D сейсморазведочных работ в диапазоне глубин предельного мелководья 0,5−5,0 м с использованием донной телеметрической косы системы XZone® Marsh Line.

4) Алгоритм комбинирования записей системы датчиков гидрофон + геофон, разработанный автором для системы XZone® Marsh Line, позволил обеспечить ослабление эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника и тем самым повысить надежность интерпретации получаемых данных.

Дальнейшее развитие технико-методических приемов сейсморазведочных работ планируется осуществлять в направлении разработки необходимых технических средств и методических приемов для создания эффективной технологии 2D и 3D сейсморазведки на участках сочленения транзитных зон с сушей и их продолжения на сушу.