Prediction of thin-layer thickness using seismic full-wave modeling

The aim of the work is to select a method for studying the quantitative characteristics of the reservoir properties of the pre-Jurassic oil and gas complex of Western Siberia according to 3D seismic data and testing it on real data.

The weathering crust in the Pre-Jurassic complex of Western Siberia was chosen as a methodological example, since with its relatively small capacity (from 0 to 50 meters) reflections from the roof and the sole are not separated. The amplitude-frequency response of this interference reflection depends on the thickness, and therefore some seismic attributes may react to this.

To clarify these connections, full-wave seismic modeling using the spectral element method was used for the first time within the framework of the advanced domestic CAE FIDESYS software developed by graduates and staff of the Chair of Computational Mechanics of Lomonosov Moscow State University and adapted by staff and graduate students of the Geological Faculty of Moscow State University to solve the tasks set. This article presents the first results of their practical use. According to comparative calculations, it has been established that the traditional beam modeling methods previously used in seismics, coupled with convolution with reflection coefficients, give false results and therefore are not recommended for further use.

The proposed and tested technology made it possible to build a forecast map of the thickness of the potentially oil and gas-bearing weathering crust in the roof of the of the Pre-Jurassic complex on the 3D survey area.

1. Аки К., Ричардс П. Количественная сейсмология: Теория и методы. Т. 1. Пер. с англ. М.: Мир, 1983. 520 с., ил.

2. Ампилов Ю.П. От сейсмической интерпретации к моделированию и оценке месторождений нефти и газа. М.: ООО «Центральное издательство геофизической литературы» — «Спектр», 2008. 384 с.

3. Ампилов Ю.П. Поглощение и рассеяние сейсмических волн в неоднородных средах. М., Недра, 1992, 140 с.

4. Ампилов Ю.П., Барков А.Ю., Яковлев И.В. и др. Почти все о сейсмической инверсии. Часть 1 // Технологии сейсморазведки. 2009. № 4. С. 3–16.

5. Ампилов Ю.П., Вершинин А.В., Левин В.А. и др. Полноволновое моделирование в сейсморазведке на основе цифровой геологической модели с использованием метода спектральных элементов // Геология и геофизика, издательство СО РАН, 2024. DOI: 10.15372/GiG2024115

6. Ампилов Ю.П., Владов М.Л., Токарев М.Ю. Технологии морской сейсморазведки в широком частотном диапазоне: проблемы и возможности // Сейсмические приборы. 2018. Т. 54. № 4. С. 42–65; DOI: 10.21455/si2018.4-4

7. Ампилов Ю.П., Облогина Т.И. Метод определения поглощения по рефрагированным волнам // Известия АН СССР. Физика Земли. 1982. № 10. С. 31–41.

8. Ампилов Ю.П., Сафуанова К.Р., Штейн Я.И. Сопоставление методов количественного атрибутного анализа для прогноза толщин коллекторов по сейсмическим данным // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2025.

9. Ахиярова Е.Р. Методика динамического анализа сейсмических данных для изучения строения доюрского комплекса Нюрольской структурно-фациальной зоны Западной Сибири: Автореф. дисс. ... канд. техн. н. М.: МГУ имени М.В. Ломоносова, 2023.

10. Левин В.А., Вершинин А.В. Численные методы. Параллельные вычисления на ЭВМ Т. 2 // Нелинейная вычислительная механика прочности. Цикл монографий в 5 томах под ред. В.А. Левина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2015. 544 с.

11. Лисица В.В., Чеверда В.А. Комбинирование разрывного метода Галеркина и метода конечных разностей для учета сложного строения верхней части разреза при численном моделировании сейсмических полей // Технологии сейсморазведки. 2014. № 4. С. 60–67.

12. Яковлев И.В., Ампилов Ю.П., Филиппова К.Е. Почти все о сейсмической инверсии. Часть 2 // Технологии сейсморазведки. 2011. № 1. С. 5–15.

13. Ampilov Yu.P From Seismic Interpretation to Modelling and Assessment of Oil and Gas Fields // EAGE Publ. 2010. P. 1–274, doi: 10.3997/9789073781825

14. Ampilov Yu.P., Baturin D.G. Latest Marine Geophysical Technologies for Comprehensive Study of Natural Hydrocarbon Reservoirs and Monitoring of Production // Society of Petroleum Engineers — SPE Russian Oil and Gas Exploration and Production Technical Conference and Exhibition. 2012. P. 2056–2063.

15. Ampilov Yu P., Vershinin A.V., Levin V.A., et al. Full-Waveform Seismic Modeling Based on Digital Geological Model Using Spectral Element Method: Applications to Seismic Exploration // Russian Geology and Geophysics, 2024, ELSEVIER SCIENCE BV, DOI: 10.2113/RGG20244728

16. Vershinin A. Poroelastoplastic modeling of a borehole stability under small and finite strains using isoparametric spectral element method. Continuum Mechanics and Thermodynamics, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00161022-01117-4

17. Vershinin A., Charara M. Modeling of acoustic logging in poroelastic media using spectral element method. AIP Conference Proceedings, (2310): 020347, 2020. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/5.0034443