Сотрудники Геологического центра СПбГУ разработали установку для физического моделирования сейсмических и электромагнитных зондирований

 Назначение установки

Несмотря на значительное развитие в последние десятилетия программно-алгоритмических средств и возможностей вычислительной техники, физическое (аналоговое) моделирование сохраняет свой потенциал при решении методических задач геологоразведки.  Любая математическая модель и любой математический алгоритм не могут описать все многообразие эффектов, присущих реальным геологическим объектам и распространяющимся в них физическим полям.  Массово используемое в настоящее время математическое моделирование обладает следующими принципиальными недостатками:

  1. Математические алгоритмы всегда основываются на различных допущениях и упрощают реальные волновые процессы;
  2. Имеются пределы точности аппроксимации математических функций и неизбежны ошибки округления;
  3. Надежность результатов моделирования зависит от априорного понимания изучаемых волновых эффектов.

В основе физического моделирования лежит абсолютно другой принцип: волновые поля распространяются в среде согласно реальным физическим законам, независимо от наших знаний об этом процессе.

Физическое моделирование необходимо использовать для изучения таких сред и ситуаций, которые на данный момент являются проблемными для численного моделирования.  Среди подобных задач:

  • Изучение геологических объектов сложной формы, таких, как соляные диапиры, надвиговые зоны, карстовые пустоты и т.п.;
  • Моделирование анизотропных, трещиноватых и флюидонасыщенных сред;
  • Решение задач 4D сейсморазведки;
  • Изучение строения консолидированной земной коры;
  • Изучение сейсмоэлектрического и электросейсмического эффектов.

Кроме того, физическое моделирование геофизических полей позволяет в лабораторных условиях получать данные для анализа эффективности разрабатываемых новых методик и алгоритмов. Можно утверждать, что внедрение нового метода геофизической разведки редко обходится без предшествующего физического моделирования, несмотря на существующие возможности численных расчетов. При этом возможен выбор различных систем наблюдений, изучаемых моделей сред и т.п. Сбор подобных данных в реальных полевых условиях сопряжен с несопоставимыми материальными затратами.

Созданная в Геологическом центре СПбГУ установка позволяет выполнять физическое моделирование сейсмического и/или электромагнитного зондирования над масштабными моделями геологических структур, перекрытых осадочным чехлом. Осадочный чехол моделируется слоем электролита глубиной до 50 см, масштабный коэффициент установки 1:10000.

Схематический вид баковой установки для физического моделирования сейсмических и электромагнитных зондирований. Над измерительным бассейном размещена излучающая многовитковая рамочная система для моделирования магнитотеллурического поля.

Состав установки

Для проведения физического моделирования был создан аппаратно-программный комплекс (АПК), состоящий из следующих компонентов:

  1. Измерительный бассейн
  2. 3D система позиционирования пьезокерамических преобразователей для сейсмического моделирования, датчиков и источников электромагнитного поля для электромагнитного моделирования
  3. Комплект управляющей аппаратуры, обеспечивающий функционирование системы позиционирования
  4. Комплект специализированной аппаратуры для генерации, усиления и регистрации ультразвуковых колебаний, предназначенный для излучения и приема сейсмических волн в водной среде измерительного бассейна
  5. Комплект специализированной аппаратуры для генерации и регистрации электромагнитного поля на поверхности водной среды
  6. Многовитковая рамочная система для создания в измерительном бассейне поля плоской электромагнитной волны (в варианте моделирования МТЗ).
  7. Персональный компьютер со специализированным программным обеспечением, предназначенный для управления системой позиционирования и аппаратным комплексом в целом.

Измерительный бассейн с 3D системой позиционирования

На установке возможно моделирование сейсмических зондирований по схеме МПВ-ГСЗ, МОВ-ОГТ и др., электромагнитного зондирования с контролируемым источником в частотной (ЧЗ) или временной (ЗС) области и магнитотеллурического зондирования. Датчики упругих колебаний, электрического и магнитного поля перемещаются при помощи 3D координатной системы, управление которой компьютеризировано и осуществляется дистанционно. Работа установки может отслеживаться в режиме реального времени по WEB-каналу.

Уникальной особенностью комплекса является возможность проведения совместного сейсмического и электромагнитного моделирования на одних и тех же моделях геологических структур, что важно для отработки технологий комплексирования методов.

Рабочее место оператора и окно удаленного управления установкой

Область применения

Выполнение работ по заявкам нефтяных и сервисных геофизических компаний, в том числе:

  1. Моделирование сейсмических данных для последующего динамического анализа (AVO, AVAZ);
  2. Совместное физическое моделирование сейсмических и электромагнитных зондирований (MT, CSEM);
  3. Проведение измерений на моделях для задач 4D-сейсморазведки;
  4. Проведение физического моделирования с целью верификации имеющихся алгоритмов обработки и интерпретации сейсмических данных, в частности – программ амплитудного анализа;
  5. Создание сложно построенных моделей с полностью контролируемой геометрией элементов и акустическими свойствами материалов;
  6. Исследование анизотропных сред.

Модель соляной структуры в измерительном бассейне и сейсмограммы ОТП в разных точках секущего профиля

Авторы разработки:

Ведущий научный сотрудник ООО «Геологический центр СПбГУ» Н.Ю. Бобров

Научный сотрудник ООО «Геологический центр СПбГУ» Д.А. Попов

Научный сотрудник ООО «Геологический центр СПбГУ» Д.М. Молодцов

Контакты:

199155, г. Санкт-Петербург, ул. Одоевского, д. 24, корп. 1, офис 608
Тел.: (812) 500-08-15, +7 (921) 940-97-73
Email: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.