Metody poszukiwań gazu łupkowego - analiza sejsmiczna
Kluczową rolę w rozpoznaniu wgłębnej struktury basenów sedymentacyjnych, którego częścią są formacje łupkowe, odgrywają badania sejsmiczne. Polegają one na wzbudzaniu fali sejsmicznej (sprężystej) rozchodzącej się w głąb ziemi i jej rejestracji po powrocie na powierzchnię terenu.
Obecnie wzbudzanie fali sejsmicznej najczęściej jest wykonywane poprzez specjalne urządzenia mechaniczne zamontowane na pojeździe (zwane wibratorem sejsmicznym), które wywołują niewielkie drgania ziemi. Fala sejsmiczna, podczas swojej „podróży” w głąb ziemi, odbija się od granic w górotworze, które wykazują odmienną gęstość i prędkość propagacji fali sprężystej. Na takich granicach fala załamuje się i częściowo odbija, pokonując drogę powrotną na powierzchnię terenu. Specjalne czujniki zwane geofonami odbierają sygnał i dalej przekazują go do aparatury rejestrującej. Metoda sejsmiczna pozwala na zobrazowanie wgłębnej budowy geologicznej i korelację między wykonanymi otworami wiertniczymi, jednocześnie będąc prawie bezinwazyjną dla środowiska naturalnego.
Przy poszukiwaniach gazu w łupkach wykorzystuje się najczęściej sejsmikę 2D i 3D. Profil sejsmiczny 2D jest przedstawieniem „plastra” wyciętego z górotworu, który obrazuje jego budowę tylko na tej linii. Sejsmika 3D natomiast jest to trójwymiarowy zbiór danych sejsmicznych. Dzięki sejsmice 3D, która zrewolucjonizowała poszukiwania surowców, możemy rozpoznać budowę geologiczną w znacznie dokładniejszym stopniu niż tylko dzięki profilom 2D. Tym samym jednak wykonanie i interpretacja danych sejsmicznych 3D jest znacznie bardziej kosztowna i czasochłonna.
Sejsmika 4D polega natomiast na porównaniu danych sejsmicznych wykonanych w tym samym obszarze w pewnym odstępie czasu. Dotyczy to głównie okresu po rozpoczęciu eksploatacji złoża, kiedy przez porównanie danych sejsmicznych wykonanych przed rozpoczęciem eksploatacji, z danymi pomierzonymi po pewnym okresie wydobycia można wnioskować o zmianach jakie zaszły w górotworze.
Szczegółowa analiza danych sejsmicznych wymaga integracji informacji otrzymanych innymi metodami. Dzięki temu pozwala na oszacowanie wielu istotnych cech górotworu, takich jak: rodzaj skał i ich miąższość, głębokość zalegania złoża, obecność uskoków etc. Ponadto można wnioskować o podatności górotworu na szczelinowanie, przewidywać kierunki i zasięg spękań powstających w trakcie szczelinowania, szacować zawartości TOC (zawartość węgla organicznego) i innych.
Pierwszym etapem interpretacji jest dowiązanie danych sejsmicznych rejestrowanych w skali czasowej do danych pochodzących z otworu wiertniczego, rejestrowanych w skali głębokościowej. Odbywa się to za pomocą sejsmogramu syntetycznego lub pionowych profilowań sejsmicznych PPS (ang. VSP).
Następnie dane sejsmiczne poddawane są interpretacji, w której można wyróżnić kilka etapów:
- interpretację strukturalną obejmującą analizę obrazu pod kątem występowania struktur, np. antyklin, uskoków na podstawie przebiegu granic sejsmicznych,
- sejsmostratygrafię, która na podstawie danych sejsmicznych stara się dokonać analizy zależności obrazu sejsmicznego od litologii w kontekście rozkładu geometrycznego, pozwalając na określenie układu depozycyjnego,
- interpretację złożową zmierzającą do lokalizacji złóż węglowodorów.
W celu identyfikacji i scharakteryzowania danego złoża niekonwencjonalnego mogą być wykorzystywane różne parametry i zaawansowane metody, takie jak:
- Integracja informacji pochodzących np. z atrybutów sejsmicznych, danych otworowych oraz analizy AVO – zmiana amplitudy z offsetem (ang. amplitude versus offset), dostarczające informacji o parametrach fizycznych skał, takich jak m.in. moduł Young’a, współczynnik Poisson’a, impedancja fali P i S. Wartości współczynnika Poisson’a i modułu Young’a, pomagają natomiast ocenić kruchość skał łupkowych.
- Analiza zmiany amplitudy z kątem i azymutem (AVA(Z) ang. amplitude versus angle and azimuth) oraz zmiana prędkości z azymutem (VVAz) pozwalające oszacować występujące w górotworze naprężenia i ich orientację. Znaczne mierzalne zmiany w zapisie danych sejsmicznych 3D mogą być również odzwierciedleniem istniejących w ośrodku spękań. Zmiany te zwane są również sejsmiczną anizotropią azymutalną (seismic azimuthal anisotropy). W oszacowaniu gęstości istniejących spękań oraz ich orientacji pomagają także dane szerokokątowe oraz sejsmika wielokomponentowa (3C).
- Inwersja sejsmiczna prowadząca do odtworzenia krzywych pseudoimpedancji akustycznej na podstawie danych sejsmicznych po dalszej „obróbce” pozwala na oszacowanie zawartości TOC %, która może być zaimportowana do oprogramowania do modelowania basenów w celu oceny potencjału generacyjnego basenu.
Od momentu rozpoczęcia w Polsce poszukiwań węglowodorów ze złóż niekonwencjonalnych widoczny jest znaczący wzrost ilości wykonywanych badań sejsmicznych. W efekcie obszary objęte koncesjami są pokryte licznymi nowymi zdjęciami sejsmicznymi 2D i 3D, które pozwalają na znacznie dokładniejsze poznanie budowy geologicznej danych obszarów, przez co rozpoznane mogą być nowe złoża zarówno konwencjonalne, jak i niekonwencjonalne.
autorzy: Andrzej Głuszyński, Sylwia Kijewska
