پیش‌بینی بلوغ حرارتی در سازند کژدمی با روش‌های غیر‌مستقیم، با استفاده از نشانگر‌های لرزه‌ای در بخش مرکزی خلیج‌فارس

مقدمه

سازند کژدمی با سن آلبین، یک سنگ منشأ مهم در خلیج‌فارس شناخته می‌شود (Bordenave Burwood 1990; Bordenave and Burwood 1995) (شکل 1). مقدار کل کربن آلی و بلوغ حرارتی این سازند در مناطق مختلف خلیج‌فارس متفاوت است. براساس مطالعات انجام‌شده، بلوغ حرارتی این سازند به‌طور کلی در بخش مرکزی خلیج‌فارس، پایین‌تر از دیگر مناطق است و این سازند در حوالی تنگۀ هرمز، فوق بالغ گزارش شده است (Rabbani 2008; Rabbani et al. 2014; Rezaie Kavanrudi et al. 2015; Baniasad et al. 2019). کروژن سازند در برخی میدان‌های این منطقه از نوع سولفوردار (ⅡS) و نوع Ⅲ گزارش شده است (Bordenave and Burwood 1995; Ghasemi-Nejad et al. 2009). معادل چینه‌ای سازند کژدمی در بخش غرب و جنوب خلیج‌فارس (کویت)، بورگان نام دارد که تولید‌کنندۀ عظیم هیدروکربن در دومین میدان نفتی بزرگ جهان است. معادل این سازند در عراق و قطر، سازند نهر عمر (Nahr-Umr) نام دارد. سازند‌های نهر عمر و بورگان شامل رسوبات ماسه‌ای رودخانه‌ای‌اند که این خصوصیات در بخش‌های شمالی خلیج‌فارس به سازندی ریز‌دانه و شیلی تغییر می‌کند (Noori et al. 2016; Ghasemi-Nejad et al. 2009). پتانسیل سنگ منشأ در این سازند در بخش مرکزی خلیج‌فارس نسبت‌به دیگر مناطق خلیج‌فارس، به‌طور دقیق مطالعه نشده است و داده‌های زیادی از ژئوشیمی آلی این سازند از همۀ میدان‌های این منطقه در دسترس نیست؛ بنابراین، هدف از این مطالعه، دریافت کلی و ارزیابی بلوغ حرارتی این سازند در این منطقه است. اما این مطالعه بر پایۀ روش‌های غیر‌مستقیم و با استفاده از داده‌های چاه‌پیمایی و لرزه‌ای است. روش‌های متداول برای آنالیز ژئوشیمیایی شامل پیرولیز راک-اول و ضریب انعکاس ویترینایت‌اند (Peters and Cassa 1994). یکی از ویژگی‌های نمودار‌های چاه‌پیمایی، بازتاب خصوصیات سیالات سازند، شامل کمیت و تغییرات آنهاست. استفاده از نمودارهای چاه‌پیمایی برای آگاهی از خصوصیات سنگ منشأ، روش ناشناخته‌ای نیست و در مطالعات پیشین، از خصوصیات شیمیایی، صوتی و الکتریکی مواد آلی و اثر آن بر نمودارهای چاه‌پیمایی استفاده‌های زیادی شده است (King and Fertl 1979; Meyer and Nederlof 1984; Fertl et al. 1988; Abarghani et al. 2019; Passey et al. 1990;). روش استفاده‌شده برای تعیین بلوغ حرارتی با استفاده از نمودارهای چاه در این مقاله، برگرفته از مطالعۀ ژائو (2007) است.

بخش دوم مقاله مربوط به معکوس‌سازی داده‌های لرزه‌ای (Inversion analysis) برای تبدیل داده‌های لرزه‌ای به امپدانس صوتی است. امپدانس صوتی یک نشانگر لرزه‌ای بسیار مهم برای تخمین خصوصیات زمین‌شناسی است (Russell 1988; Cooke and Cant 2010). نشانگر‌های لرزه‌ای مانند دامنه و فرکانس، از خصوصیات ذاتی داده‌های لرزه‌ای‌اند که هریک ویژگی‌هایی از سنگ و یا سیالات را نشان می‌دهند و در مطالعات بسیاری از این نشانگرها، برای تفسیر و برقراری ارتباط میان خصوصیات زمین‌شناسی و داده‌های لرزه‌ای استفاده شده است (Chen and Sidney 1997; Chopra and Marfurt 2005; Taner et al. 1994).

معکوس‌سازی، فرآیند استاندارد برای تولید امپدانس صوتی از داده‌های لرزه‌ای است که اولین بار لینست (Lindseth 1972) آن را برای به دست آوردن اطلاعات پتروفیزیکی، اشباع سیالات و لیتولوژی مطرح کرد و همچنین مطالعات متعددی دربارۀ استفاده از امپدانس صوتی در تعیین خصوصیات زمین‌شناسی وجود دارد (Chopra and Marful 2005; Farfour et al. 2015; Kumar et al. 2016; Fawad et al. 2020). تلفیق نشانگرهای لرزه‌ای و نمودارهای چاه‌پیمایی برای تعیین بلوغ حرارتی را در گذشته، (2017) Abdizadeh et al.معرفی کرده‌اند که در این مقاله برای مطالعۀ سازند کژدمی از آن استفاده شده است.

شکل 1- منطقۀ مطالعه‌شده در بخش مرکزی خلیج‌فارس و میدان‌های گازی نفتی مطالعه‌شده (که از 1 تا 7 نام‌گذاری شده‌اند)

Fig 1- The location of study area in the Persian Gulf. (oil and gas fields are indicated by numbers from 1 to 7).

زمین‌شناسی منطقه

حوضۀ خلیج‌فارس در‌نتیجۀ برخورد صفحۀ عربی و اوراسیا در میوسن پسین شکل گرفته است (Alavi 2004) و به‌عنوان یک پیش خشکی (foreland basin)، که با رسوبات تخریبی آواری و کربناته انباشته شده است، در نظر گرفته می‌شود (Ghazban 2009). تشکیل این حوضه از یک ریفت در پروتروزییک آغاز می‌شود (Al-Husseini 2000) و سپس با آپلیفت و تغییر شکل در کوهزایی هرسینین در کربونیفر ادامه پیدا می‌کند. برخورد صفحۀ عرب و اوراسیا موجب دوره‌های متعددی از فعالیت‌های تکتونیکی، شامل بالا‌آمدگی و فرسایش و کوهزایی زاگرس (در مزوزوییک – سنوزوییک‌) شده است (Alsharhan & Nairn 1997; Konert et al. 2001; Sharland et al. 2001; Ziegler 2001). کمان قطر یک ساختار طاقدیس‌مانند در بخش مرکزی خلیج‌فارس است (شکل 1) که آن را به دو بخش شرقی و غربی تقسیم می‌کند. به‌طور کلی، همۀ ساختارها در این منطقه به‌تدریج از کامبرین تا مزوزوییک، در اثر فعالیت‌های متعدد گسل‌های پی‌سنگ تشکیل شده‌اند (Murris 1980, Edgell 1996; Alavi 2004). رشد و بالا‌آمدگی کمان قطر (Late Triassic to early Jurassic, Turonian, Late Eocene to Oligocene, and Early Miocene – Pliocene) به‌شدت بر ضخامت و عمق سازند‌ها در این منطقه و همچنین رژیم‌های تکتونیکی تأثیرگذار بوده است که در‌نتیجۀ آن گسل‌ها، بالا‌آمدگی‌های متعدد و فرسایش و همچنین گنبد‌های نمکی تشکیل شده‌اند (Alsharhan and Narin 1997;).

یک پیشروی مهم در کرتاسۀ پسین موجب رسوب نهشته‌های غنی از مواد آلی و تشکیل سنگ منشأ مهم در این زمان شده است (Alsharhan and Nairn 1997). این نهشته‌ها، سازند کژدمی را تشکیل می‌دهند که مهم‌ترین سنگ منشأ در منطقه است (Bordenave and Burwood 1995). سازند کژدمی در خلیج‌فارس، یک سازند شیلی تیره‌رنگ به‌همراه مارن و بین لایه‌هایی از ماسه‌سنگ در بخش‌های زیرین تشریح شده است (Ghasemi-Nejad et al. 2009). این سازند به‌صورت جانبی از شیل‌های غنی از مواد آلی به یک مخزن ماسه‌سنگی در بخش‌های غربی خلیج‌فارس تغییر می‌کند (Noori et al. 2016). مطالعات متعددی کیفیت سنگ منشأ این سازند را بررسی کرده‌اند (Rabbani 2008; Ghasemi-Nejad et al. 2009; Soleimani et al. 2014; Bolandi et al. 2015; Rezaie Kavanrudi et al. 2015; Baniasad 2019) که همگی بر‌اساس آنالیز‌های ژئوشمیایی-فسیل شناسی استوارند. ضخامت میانگین این سازند نیز متغیر است و از 50 تا 70 متر در بخش مرکزی با افزایش به ‌سمت‌های شرقی و غربی همراه است که حداکثر آن 269 متر در نزدیکی تنگۀ هرمز گزارش شده است (Ghazban 2009).

این سازند به پنج عضو تقسیم شده است که شامل سه عضو ماسه‌ای (A, B, C)، عضو آهکی و بخش بالایی کژدمی است. حجم بالای سیلت و رس نیز در بخش ماسه‌‌ای گزارش شده است (Ghasemi-Nejad et al. 2009). این سازند در فروافتادگی دزفول، با حجم بالای مواد آلی در سنگ‌آهک آرژیلی با فسیل‌های دریای باز تشریح شده است (فرامینیفرای پلانکتونیک، رادیولاریت و اسفنج) (Bordenave and Burwood 1995). شکل 2، ستون چینه‌شناسی سازند‌های کرتاسه را در منطقۀ مطالعه‌شده و مقاطع میکروسکپی را از سازند کژدمی نشان می‌دهد.

شکل 2- A: ستون چینه‌‌ای مربوط به ژوراسیک-کرتاسه در خلیج‌فارس (Al-Husseini 2008)؛ B: لیتولوژی سازند کژدمی در بخش مرکزی خلیج‌‌فارس بر‌ا‌ساس گزارش‌های منتشر‌نشده (Tavakoli 2014)؛ C: مقاطع نازک سازند کژدمی در میدان 6. از بالا به پایین: بایو کلاستیک وکستون، مادستون، دولستون، و بایوکلاستیک وکستون/پکستون

Fig 2- A: Cretaceous stratigraphic Chart in the Persian Gulf (from Al-Husseini 2008). B: Lithology (%): Kazhdumi Formation in the central part of the Persian Gulf based on unpublished NIOC report (Tavakoli 2014). C: Microscopic thin sections from the Kazhdumi Formation in Rsh oilfield. 1: Bioclastic wackestone (1506), 2: Mudstone (1538), 3: Dolomudstone (1562), 4: Bioclastic wackestone/packstone (1582).

داده‌ها و روش مطالعه

تعیین بلوغ حرارتی

در این مطالعه، از نمودار‌های نوترون، چگالی، صوتی و گاما استفاده شده است. ابتدا اندیس بلوغ حرارتی (MI) محاسبه می‌شود. MI را اولین‌بار ژائو و همکاران (Zhao et al. 2007) معرفی کردند. این پارامتر با استفاده از نمودار‌های نوترون و چگالی و آب اشباع‌شدگی محاسبه می‌شود. رابطۀ بین بلوغ حرارتی و پاسخ نمودار‌های ذکر‌شده بر مبنای تغییرات سیالات سازند، شامل آب سازند در اثر بلوغ کروژن و تغییرات یا کاهش چگالی هیدروکربن است. بلوغ حرارتی و تولید هیدروکربن با افزایش فشار و خروج آب از شیل‌های غنی از مواد آلی همراه است؛ بنابراین، آب اشباع‌شدگی و چگالی هیدروکربن با بلوغ حرارتی ارتباط معکوس دارند. همچنین پاسخ نمودارهای چاه، به نوع سیال سازند حساس است؛ برای مثال، نمودار نوترون که تحت تأثیر هیدروژن سازند قرار می‌گیرد، با تغییرات میزان آب، کم یا زیاد می‌شود.

اندیس بلوغ حرارتی بر‌اساس معادلۀ زیر محاسبه می‌شود (Zhao et al. 2007):

معادلۀ 1:

در این معادله:

N: تعداد نمونه‌ها یا برداشت از نمودار‌های چاه.

Øn_9i: تخلخل نوترون مربوط به اولین نمونۀ با تخلخل چگالی بالای‌ 9%. این 9‌درصد حداقل تخلخل پذیرفتنی برای نمونه‌های استفاده‌شده است که کمتر از آن شامل لیتولوژی‌های بسیار متراکم و نفوذناپذیرند و نمی‌توانند حاوی مقادیر درخور توجهی از سیالات و یا TOC باشند؛ بنابراین سنگ منشأ در نظر گرفته نمی‌شوند. در این معادله MI یک مقدار تجمعی حاصل از همۀ نمونه‌های‌ استفاده‌شدنی در سازند است و به‌صورت یک عدد ارائه می‌شود که معرف بلوغ حرارتی از کل سازند است.

Sw_75i: آب اشباع‌شدگی سنگ برای نمونه‌های با اشباع‌شدگی کمتر از 75‌درصد است؛ زیرا بالاتر از این مقدار آب اشباع‌شدگی برای سنگ منشأ پذیرفتنی نیست. آب اشباع‌شدگی از معادلۀ زیر محاسبه می‌شود:

معادلۀ 2:

R_w: مقاومت آب سازند؛

  _d: تخلخل نمودار چگالی با حداقل 9‌% در نظر گرفته شده؛

m: فاکتور سیمان‌شدگی؛

R_t : مقاومت واقعی سازند.

مقدار تجمعی MI محاسبه‌شده به‌عنوان اندیس بلوغ حرارتی در هریک از چاه‌ها در سازند کژدمی ارائه می‌شود. این مقدار در 13 چاه و هفت میدان شامل 1، 2، 3، 4، 5، 6 و 7 محاسبه شده است.

پردازش داده‌های لرزه‌ای

برای پردازش در نرم‌افزار همسون راسل، از داده‌های دوبعدی پس از برانبارش، داده‌های شوت کنترل و نمودار‌های چاه (شامل نوترون، چگالی و صوتی)‌، استفاده می‌شود. داده‌های شوت کنترل برای تبدیل عمق به زمان و تطابق داده‌های چاه و لرزه‌ای به کار می‌روند. ابتدا یک موجک از داده‌های لرزه‌ای استخراج می‌شود. این موجک برای تولید لرزه‌نگاشت مصنوعی در قدم بعدی استفاده می‌شود. شکل 3 دامنه و فرکانس موجک استخراج‌شده از روش آماری را از داده‌های لرزه‌ای نشان می‌دهد (Nanda 2016). با همامیخت موجک و بازتاب لرزه‌ای‌ و لرزه‌نگاشت مصنوعی تولید‌شده از نمودار‌های چاه‌پیمایی، انطباق داده‌های چاه و لرزه‌ای در هریک از چاه‌ها انجام می‌شود. انطباق داده‌های چاه و لرزه‌ای، مهم‌ترین بخش در پردازش داده‌های لرزه‌ای است.

شکل 3- موجک استخراج‌شده از داده‌های لرزه‌ای در میدان شمارۀ 7‌

Fig 3- The statistically extracted wavelet for seismic-well correlation in the studied well in an oilfield (7)

در قدم بعد، معکوس‌سازی یا وارون‌سازی داده‌ای لرزه‌ای انجام می‌شود و درنتیجۀ آن مقطع تولید‌شده، نمایشگر امپدانس صوتی است. در این مرحله، امپدانس صوتی به‌عنوان یک نشانگر لرزه‌ای، برای پیش‌بینی و مدل‌سازی نمودار بلوغ حرارتی استفاده می‌شود. روش استفاده‌شده برای این وارون‌سازی لرزه‌ای، بر پایۀ مدل (Model-Based) است. این روش به‌دلیل سابقۀ کاربرد مؤثر آن در مطالعات مخزنی و اشباع سیالات به کار رفته است (Russell 1988; Kumar et al. 2016; Oyeyemi et al. 2017; Shankar et al. 2021). این فرآیند در دو مرحله انجام شده است. ابتدا آنالیز اولیۀ وارون‌سازی انجام شده است و نتایج آن در هر چاه بر‌اساس داده‌های استفاده‌شده، شامل داده‌های چاه، لرزه‌ای و مدل امپدانس اولیه اعتبار‌سنجی‌ و در قدم بعدی مقطع امپدانس صوتی تولید می‌شود.

انتخاب نشانگرهای لرزه‌ای

مدل‌سازی نمودار‌های چاه‌پیمایی با استفاده از داده‌های لرزه‌ای، یک روش شناخته‌شده در مطالعات مهندسی و زمین‌شناسی است که با ادغام داده‌های چاه و لرزه‌ای و استخراج نشانگرهای لرزه‌ای انجام می‌شود (Hampson et al. 2001; Abdizadeh et al. 2017; Das and Mukerji 2020). انتخاب نشانگر‌های لرزه‌ای، یک فرآیند مشخص در نرم‌افزار است که به‌صورت خودکار، تعداد بهینۀ نشانگرهای لرزه‌ای را با روش‌های ریاضی از داده‌های لرزه‌ای استخراج می‌کند. این نشانگر‌ها باید بیشترین ارتباط را با پارامتر مدنظر داشته باشند. در این مطالعه، ارتباط مستقیم و غیر‌مستقیم بین داده‌ای ورودی (نشانگر‌های لرزه‌ای) و پارامتر مدنظر (MI) بررسی شده است تا متناسب‌ترین نشانگر‌ها انتخاب و بهترین پیش‌بینی از بلوغ حرارتی انجام شود. در این مرحله برای تعیین نشانگر‌های لرزه‌ای، از آنالیز رگرسیون چند نشانگری (Multi-Attribute Regression analysis) استفاده می‌شود. این روش بهترین روابط میان پارامتر مستقل (نشانگر‌های لرزه‌ای) و وابسته (MI) را استخراج می‌کند. نشانگر‌های انتخاب‌شده از این روش اعتبار‌سنجی می‌شوند و درنهایت نشانگر‌های انتخاب‌شده با استفاده از آنالیز شبکۀ عصبی برای مدل‌سازی نمودار مدنظر به کار می‌روند.

داده‌های ژئوشیمی آلی

داده‌های ژئوشیمی آلی، شامل نتایج آزمایش‌های پیرولیز راک- اول، انعکاس ویترینایت می‌شود. تعداد 200 عدد از داده‌های پیرولیز راک-اول از سازند کژدمی در منطقۀ مطالعه‌شده جمع‌آوری شده است و 80 مورد از آن که به چاه‌های مدنظر مربوط بودند و در نزدیک‌ترین فاصله از مقطع مطالعه‌شده قرار داشتند، از دیگران تفکیک شده است. این تعداد به‌طور دقیق بررسی و در این مقاله از نمونه‌هایی از سازند کژدمی استفاده شده است که صحتشان بر‌اساس معیار معرفی‌شدۀ پیترز و همکاران (Peters and Cassa 1994) تأیید‌شدنی است. پارامترهای معیار برای تعیین بلوغ حرارتی در این مقاله شامل دمای حداکثر (T_max) و ضریب انعکاس ویترینایت‌اند.

نتایج

تخمین بلوغ حرارتی بر‌اساس داده‌های چاه

بر‌اساس روش‌ها و روابط ارائه‌شده در بخش‌های قبل، بلوغ حرارتی سازند کژدمی با استفاده از نمودارهای چاه‌پیمایی در این بخش از خلیج‌فارس، در بیشتر موارد بین نابالغ تا بالغ تعیین شده است. مقدار بلوغ حرارتی بر‌اساس معادلات بالا محاسبه و نتایج در جدول 1 آورده شده است. در این نمونه‌ها، بلوغ حرارتی سازند کژدمی به سه سطح نابالغ، نوبالغ و بالغ تقسیم می‌شود. با استفاده از این داده‌ها، ابتدا در هر چاه برای سازند کژدمی یک اندیس بلوغ حرارتی ارائه شده است؛ سپس تغییرات بلوغ حرارتی به شکل یک نمودار در سازند یا بازۀ مدنظر تعیین می‌شود که به آن نمودار بلوغ حرارتی می‌گوییم و آن را در مراحل بعد برای استفاده در پردازش داده‌های لرزه‌ای و تخمین بلوغ حرارتی بر‌اساس نشانه‌های لرزه‌ای به کار می‌بریم.

جدول 1- مقدار اندیس بلوغ محاسبه‌شده در سازند کژدمی در شش میدان در بخش مرکزی خلیج‌فارس

Table 1- The calculated MI based on well data in the Kazhdumi Formation in six fields in the central part of the Persian Gulf.

وارون‌سازی داده‌های لرزه‌ای

شکل 4 نتیجۀ آنالیز وارون‌سازی داده‌های لرزه‌ای را در یک چاه نشان می‌دهد. این شکل، نمودار امپدانس تولید‌شده و ضریب تطابق و خطای آن را نشان می‌دهد. ضریب تطابق میان امپدانس صوتی تولید‌شده و واقعی 99/0 است. در سمت راست، موجک استفاده‌شده، لرزه‌نگاشت واقعی و لرزه‌نگاشت مصنوعی را به‌همراه خطای تطابق نشان می‌دهد. بعد از انجام آنالیز وارون‌سازی براساس داده‌های ورودی، مقطع امپدانس صوتی تولید می‌شود که نمایشگر تغییرات این پارامتر در سرتاسر مقطع لرزه‌ای است. امپدانس صوتی تولید‌شده یک نشانگر لرزه‌ای مهم برای برقراری ارتباط میان داده‌های لرزه‌ای و خصوصیات زمین‌شناسی است که از آن برای پیش‌بینی بلوغ حرارتی در قدم بعد استفاده شده است.

شکل 4- آنالیز معکوس‌سازی بر اساس داده‌های موجود و موجک استخراج‌شده در یک چاه در میدان 3 رنگ آبی: نمودار امپدانس اصلی، سیاه: مدل اولیه، قرمز: نمودار معکوس‌شده

Fig 4- Inversion analysis. Blue: original log; black: the initial model; red: the inverted log.

تخمین بلوغ حرارتی بر‌اساس نشانه‌های لرزه‌ای

نشانگرهای لرزه‌ای تعیین‌شده بر‌اساس آنالیز رگرسیون در جدول 2 ارائه شده‌اند. امپدانس صوتی، دامنه و فرکانس از مهم‌ترین نشانگرهای لرزه‌ای‌اند که هریک قابلیت بازتاب برخی از ویژگی‌های زمین‌شناسی را دارند (Taner et al. 1994, 1979; Taner 2001, Copra and Marfurt 2005). رابطۀ میان این نشانگرها و پارامتر‌های مدنظر این مطالعه در جدول 2 نشان داده شده است. نشانگرهای انتخاب‌شده برای پیش‌بینی MI شامل امپدانس صوتی، زمان، فرکانس وزنی دامنه و مختصات X و Y هستند. در شکلA 5 نمودار اعتبار‌سنجی پیش‌بینی انجام‌شده به‌همراه خطای آن را نشان می‌دهد. بهترین تعداد نشانگر‌های انتخابی برای پیش‌بینی MI چهار است که پایین‌ترین مقدار خطای پیش‌بینی را نشان می‌دهد؛ اما میزان خطای پیش‌بینی با داده‌های آموزش‌دیده با افزایش تعداد نشانگر‌ها کاهش می‌یابد. اعتبارسنجی پیش‌بینی نمودار مدنظر با خارج‌کردن یک نمونه یا چاه و پیش‌بینی آن انجام می‌شود و در‌نهایت مدل رگرسیون با مقایسۀ داده‌های اصلی با مقادیر پیش‌بینی‌شده ارزیابی می‌شود (Russel 2004).

جدول 2- نشانگرهای لرزه‌ای منتخب با روش رگرسیون چندگانه برای پیش‌بینی بلوغ حرارتی

Table 2- List of the selected seismic attributes by multi-attribute analysis for MI prediction

در قدم بعد، پیش‌بینی نمودار MI از روش آنالیز شبکۀ عصبی انجام می‌شود. در این بخش از روش شبکۀ عصبی احتمالاتی (Probabilistic Neural Network analysis) به‌دلیل نتایج بهتر در پیش‌‌بینی و کمتر‌بودن خطای پیش‌بینی از میان دیگر روش‌های موجود برای آنالیز شبکۀ عصبی استفاده شده است. این روش قابلیت پیش‌بینی کنترل‌شدۀ پارامترهای مختلف را دارد (Specht 1990; Russell et al. 2003). این روش ابتدا آموزش داده می‌شود، سپس با استفاده از نشانگرهای لرزه‌ای مدنظر، پیش‌بینی را انجام می‌دهد. شکل B 5 تطابق نمودار MI اصلی و پیش‌بینی‌شده از روش PNN را با استفاده از پنج نشانگر لرزه‌ای نشان می‌دهد. شکل‌های C و D 5 نتایج پیش‌بینی نمودار مدنظر را با استفاده از داده‌های آموزش‌دیده و اعتبار‌سنجی آن را در چهار چاه نشان می‌دهد. ضریب تطابق میان پیش‌بینی انجام‌شده و داده‌های اصلی در هر دو مرحله، بالاتر از 8/0 است.

در قدم بعدی از داده‌های لرزه‌ای برای پیش‌بینی بلوغ حرارتی در مقیاس گسترده‌تر در منطقه استفاده شده است. مقادیر MI با استفاده از نشانگر‌های تعیین‌شده در بخش Emerge نرم‌افزار همسون - راسل پیش‌بینی شده‌اند. در‌نتیجۀ این فرآیند، مقطع لرزه‌ای به مقاطع تغییرات بلوغ حرارتی تبدیل می‌شوند. شکل 6 مقاطع لرزه‌ای تبدیل‌‌شده به بلوغ حرارتی را در سازند کژدمی در میدان‌های 2 و 4 نشان می‌دهد. بر‌اساس این شکل، بلوغ حرارتی در سازند کژدمی، در مقطع A بیشتر از مقطع B است. در شکل C این تغییرات به سه گروه نابالغ، نوبالغ و بالغ تفکیک شده است و تغییرات از حالت پیوسته به‌صورت ناپیوسته نشان داده شده است. بر‌اساس شکل D، تغییرات این پارامتر در جهت قائم و جانبی پیگیری‌شدنی است. در این مقطع تغییرات جانبی سازند کژدمی مشاهده‌شدنی است، اما پیش‌بینی انجام‌شده به یک سازند منتهی می‌شود و یا شامل چند سازند است. محدودکردن پیش‌بینی در جهت قائم موجب افزایش دقت مطالعه می‌شود. دقت این پیش‌بینی در جهت جانبی، وابسته به تعدادی از چاه‌های مطالعه‌شده است. بر‌اساس نتایج مطالعات، چنان‌که در مقطع D نیز تا حدودی مشاهده‌شدنی است، بلوغ حرارتی سازند کژدمی با فاصله از کمان قطر به‌سمت شرق افزایش می‌یابد و دلایل آن را می‌توان در پدیده‌های تکتونیکی جست‌وجو کرد که البته خارج از محدودۀ این مطالعه است.

شکل 5- A: نمودار اعتبار‌سنجی پیش‌بینی بلوغ حرارتی (که میزان خطای پیش‌بینی بر‌اساس تعداد نشانگر‌ها را نشان می‌دهد)؛ B: تطابق نمودار پیش‌بینی‌شده و نمودار مدل‌سازی‌شده بر‌اساس نشانگرهای لرزه‌ای و میزان خطای پیش‌بینی؛  C: نمودار بلوغ حرارتی مدل‌سازی‌شده بر‌اساس داده‌های آموزش‌دیده و D: نمودار اعتبار‌سنجی روش استفاده‌شده

Fig 5- A: MI prediction error by well showing the trained and blind data; B: cross plot of predicted MI vs the actual MI by PNN analysis; C and D: the plot of actual and modeled MI logs by trained data and blind data respectively.

شکل 6- مقطع حاصل از محاسبۀ بلوغ حرارتی در میدان‌های 4 و 2 (مقاطع A و B) و در کل منطقه (D)

 مقدار MI در سازند کژدمی در مقطع A بیشتر از B نشان داده شده است و C: تفکیک بخشی از منطقه در یک مقطع از چاه شمارۀ 2 به سه دستۀ نابالغ، نوبالغ و بالغ

Fig 6- Seismic sections indicating the MI values in 2 and 4 fields (A and B), and 1 to 6 fields (C). The MI values of the Kazhdumi Formation in 2 gas field is between 2.5 – 4.5 in the seismic section (well G1) which is lower compared to section A.

بحث

بلوغ حرارتی سازند کژدمی

بر‌اساس نتایج، سازند کژدمی در میدان‌های 2، 3، 5 و 7 عمدتاً نابالغ، در میدان‌های 1 و 6 بالاترین بلوغ حرارتی مشاهده شده است که عموماً نوبالغ تا بالغ‌اند. دربارۀ میدان‌های 1 و 4 نمی‌توان با قطعیت نظر داد؛ زیرا داده‌های این میدان‌ها فقط در یک چاه موجود است. از میدان شمارۀ 6 نیز یک چاه نابالغ تخمین زده شد که داده‌های ژئوشیمی آلی نیز آن را تأیید می‌کند. بازه‌های تغییرات بلوغ حرارتی بر‌اساس مقالۀ Zhao et (2007)  al.با کمی تغییرات تعیین شده است. این تغییرات براساس مقایسۀ نتایج با آنالیز‌های ژئوشیمی و روند تغییرات این پارامتر در منطقه و مقایسه با داده‌های ژئوشیمی آلی اعمال شده است. بر‌اساس بخش‌های پیشین، ابتدا میزان بلوغ حرارتی با استفاده از روابط ذکر‌شده در میدان‌های بخش مرکزی خلیج‌فارس تعیین شده است. مقادیر MI بالاتر از 6 بالغ، بین 5 تا 6 نوبالغ و کمتر از 5 نابالغ در نظر گرفته شده است. به‌طور کلی سازند کژدمی در بیشتر چاه‌ها نابالغ بوده و در این دسته‌بندی هیچ موردی به‌عنوان فوق بالغ مشاهده نشده است و موارد بالغ نیز محدودند. انطباق MI محاسبه‌شده با داده‌های ژئوشیمیایی نشان داد که روش استفاده‌شده برای محاسبۀ بلوغ حرارتی با استفاده از داده‌های نمودارهای چاه در منطقۀ مطالعه‌شده، تا حد زیادی استفاده‌شدنی است. تغییرات بلوغ حرارتی در منطقه بر‌اساس پدیده‌های زمین‌شناسی و تکتونیکی با معنی و تفسیر‌دادنی‌اند که این مسئله از بحث این مطالعه خارج است؛ اما این تغییرات را می‌توان در مقاطع لرزه‌ای پیش‌بینی‌شده از مقدار بلوغ حرارتی، پی‌جویی کرد.

ارزیابی نتایج با استفاده از داده‌های ژئوشیمی آلی

در نتایج مطالعه، نمودار تخمین زده شده با داده‌های ژئوشیمی آلی تطابق داده شده است. هدف از این تطابق، بررسی صحت محاسبات انجام‌شده و بلوغ حرارتی تعیین‌شده در هر میدان است. در شکل 7، مقادیر MI در مقابل T_max در چهار چاه و میدان رسم شده‌اند. با افزایش مقدار MI، مقدار دمای حداکثر نیز، که یک نشانۀ مهم برای تغییرات بلوغ حرارتی است، افزایش می‌یابد و نشان می‌دهد تغییرات این دو پارامتر هماهنگ‌اند. نمونه‌های مربوط به سازند کژدمی با ستاره نشان داده شده‌اند. این نمونه‌ها حداکثر دمای ℃ 450 درجه را نشان می‌دهند. نتایج پیرولیز راک-اول در شکل 7 و جدول 3 آمده است. در شکل 8 مقدار اندیس هیدروژن در مقابل دمای حداکثر رسم شده است (Waples 1985; Peters and Cassa 1994). این نمودار مربوط به داده‌های پنج میدان است که نوع کروژن و تغییرات بلوغ حرارتی را در آنها نشان می‌دهد. با توجه به شکل 8، انواع کروژن شامل نوع Ⅲ و Ⅱ می‌شود. همچنین مقادیر ضریب انعکاس ویترینایت در دو چاه از چاه‌های مطالعه‌شده در جدول 4 نشان داده شده است. بر‌اساس این شکل نیز، بالاترین میزان بلوغ حرارتی قابل توجه در نمونه‌های میدان شمارۀ 6 و تا حدودی در میدان‌های 1 و 2 مشاهده می‌شود که البته نظر دقیق‌تر در این باره نیازمند نتایج آزمایش‌های بیشتر است؛ اما این نتایج نشان می‌دهد احتمال یافتن نمونه‌های بالغ در کدام میدان‌ها بیشتر است و برای کاهش زمان از دست رفته و هزینه‌ها، بهتر است آزمایش‌های بعدی در آنها انجام شود.

شکل 7- نمودار بلوغ حرارتی در مقابل دمای حداکثر (تغییرات بلوغ حرارتی نمونه‌های مربوط به سازند کژدمی در چاه‌های ‌مطالعه‌شده نشان داده شده است)

Fig 7- The plot of MI vs Tmax in four wells of 1, 3, 4, and 6 oil and gas fields. Stars are related to samples of the Kazhdumi Formation.

شکل 8- نمودار اندیس هیدروژن در مقابل دمای حداکثر در پنج میدان در بخش مرکزی خلیج‌فارس ‌(نمونه‌ها در بخش نابالغ و نوبالغ قرار می‌گیرند)

Fig 8- The plot of HI vs Tmax in the Kazhdumi Formation in five oil and gas fields in the Central area of the Persian Gulf. As illustrated, samples are immature to early mature.

جدول 3- نتایج آزمایش راک-اول در سازند کژدمی در پنج میدان نفتی و گازی 1، 2، 3، 6 و 7‌

Table 3- The result of Rock-Eval pyrolysis in the Kazhdumi Formation in five oil and gas fields (1, 2, 3, 6, and 7).

جدول 4- مقادیر ضریب انعکاس ویترینایت در دو چاه در میدان های 2 و 6

Table 4- Vitrinite reflectance values in two wells in 2 and 6 oil and gas fields

نشانگر‌های لرزه‌ای برای پیش‌بینی اندیس بلوغ

آخرین نکتۀ درخور توجه در این مقاله، اهمیت نشانگرهای لرزه‌ای و ارتباط آنها با بلوغ حرارتی است. نشانگر‌های لرزه‌ای مانند دامنه و فرکانس از خصوصیات ذاتی داده‌های لرزه‌ای‌اند که هریک ویژگی‌هایی از سنگ و یا سیالات را نشان می‌دهند (Chen and Sidney 1997; Chopra and Marfurt 2005). بر‌اساس نتایج، امپدانس صوتی، مهم‌ترین نشانگر لرزه‌ای برای پیش‌بینی و مدل‌سازی اندیس بلوغ حرارتی است. امپدانس صوتی حاصل از وارون‌سازی لرزه‌ای و نتیجۀ تلفیق داده‌های چاه‌پیمایی و لرزه‌ای است. این پارامتر حاوی اطلاعاتی دربارۀ سرعت صوت و چگالی سازند است. این دو پارامتر هر دو تحت تأثیر مقدار و نوع سیالات سازند و TOC هستند (Atarita et al. 2017; Broadhead et al. 2016). امپدانس صوتی به شکل معکوس با مواد آلی سازند در ارتباط است (Nanda 2016; Harris et al. 2019). بلوغ حرارتی محاسبه‌شده در این مقاله با تخلخل نوترون و اشباع آب به شکل معکوس در ارتباط است و هردوی این پارامترها بر امپدانس صوتی اثر می‌گذارند. شکل A 9 و B 9 نمودار امپدانس صوتی را در مقابل بلوغ حرارتی در چهار چاه نشان می‌دهد. شکل C 9، مقدار بلوغ حرارتی پیش‌بینی‌شده را بر‌اساس آنالیز رگرسیون چندنشانگری (با استفاده از پنج نشانگر) در مقابل مقدار واقعی این پارامتر نشان می‌دهد. چنان‌که مشاهده می‌شود، ضریب تطابق نشانگرها با بلوغ حرارتی، با استفاده از آنالیز رگرسیون نسبت‌به دیگر نمودارها به‌سرعت افزایش می‌یابد. میدان‌هایی که در کنار یکدیگر قرار دارند، بر‌اساس شکل، رفتار مشابهی دارند. این نشان می‌دهد که احتمالاً بهترین نتیجه برای پیش‌بینی در یک میدان به دست می‌آید.

 دیگر نشانگرهای لرزه‌ای برای پیش‌بینی بلوغ حرارتی شامل زمان، مختصات X و Y و فرکانس وزن‌دهی‌شده با دامنه‌اند. این نشانگر‌ها هریک با پدیده‌های زمین‌شناسی در سنگ مخزن و منشأ در ارتباط‌اند و محققان بسیاری آنها را تشریح کرده‌اند (Chen and Sidney 1997; Taner 1994, 2001; Copra and Marfurt 2005, 2007). فرکانس وزنی دامنۀ تشکیل‌شده از پوش دامنه و فرکانس لحظه‌ای است که تخمینی از فرکانس لحظه‌ای را با هموار‌سازی، یعنی حذف پرش‌ها و نوفه انجام می‌دهد (Taner et al. 1979; Chen and Sidney 1997; Barens 2000). پوش دامنه یا قدرت بازتاب، با امپدانس صوتی مرتبط است و برای نشان‌دادن تخلخل، هیدروکربن و تجمع گاز، مرز‌های سکانس و تغییرات لیتولوژی و محیط رسوبی کاربرد دارد (Chen and Sidney 1997; Hart 2002). فرکانس میانگین نیز برای تطابق و پیدا‌کردن مخازن گازی و نفتی مفید است (Barnes 1990; Taner et al. 1994). هاردی (Hardy et al. 2003) رابطه‌ای قوی میان فرکانس میانگین (average frequency) و حجم شیل نشان داده است. دو نشانگر نهایی، مختصات X و Y هستند و به‌عنوان نشانگر‌های نقشه از آنها استفاده شده است، همچنین در مطالعات ناحیه‌ای اهمیت دارند و نشانۀ تغییرات بلوغ حرارتی در جهت جانبی‌اند.

شکل 9- A 9 و B 9: نمودار امپدانس صوتی در مقابل بلوغ حرارتی در چهار چاه؛ C 9: مقدار بلوغ حرارتی پیش‌بینی‌شده بر‌اساس آنالیز رگرسیون چندنشانگری در چهار چاه در مقابل مقدار واقعی این پارامتر

Fig 9- A and B: Plots of acoustic impedance vs thermal maturity in four wells; C: predicted maturity base on multi-attribute regression analysis vs the actual maturity in four wells.

نتیجه‌

نتایج حاصل از این مطالعه شامل موارد زیر است:

نمودارهای چاه‌پیمایی هریک منعکس‌کنندۀ خصوصیات فیزیکی سنگ – سیال در سازندند. تلفیق آنها با نشانگر‌های لرزه‌ای که آنها نیز چنین ویژگی مهمی دارند، نتایج پذیرفتنی را در تعیین بلوغ حرارتی نشان داده است. در این مطالعه، نشان داده شد که نمودار‌های چاه‌پیمایی مانند نوترون، چگالی، صوتی و مقاومت و تلفیق آن با نشانگر‌های استخراج‌شده از داده‌های لرزه‌ای مانند امپدانس صوتی، فرکانس و دامنه، ابزار بسیار خوبی برای پیش‌بینی بلوغ حرارتی و بسط و گسترش آن در جهت جانبی در مطالعات میدان‌های نفت و گازند.

مزیت استفاده از داده‌های لرزه‌ای برای ارزیابی سنگ منشأ و پیوستگی این داده‌هاست. این ویژگی در داده‌های ژئوشیمیایی وجود ندارد و معمولاً پراکنده و کمیاب‌اند. داده‌های چاه نیز به‌صورت نقطه‌ای و با فاصله در میدان‌ها وجود دارند. مقاطع لرزه‌ای، تصویری پیوسته را از پارامتر مدنظر ارائه می‌کنند که در مناطق وسیع پیگیری‌شدنی است. علاوه بر این، پردازش و نتیجه‌گیری از داده‌های لرزه‌ای از‌نظر اقتصادی به‌صرفه‌تر و سریع‌تر از آزمایش‌های ژئوشیمیایی است.

تعدادی از نشانگر‌های لرزه‌ای برای تخمین بلوغ حرارتی استفاده شده‌اند. نتایج نشان داد که امپدانس صوتی مهم‌ترین این نشانگرها در ارتباط با خصوصیات سنگ منشأ است. همچنین اهمیت دیگر نشانگر‌های لرزه‌ای و ارتباط آنها با خصوصیات سنگ منشأ مشهود است.

با استفاده از روش‌های غیرمستقیم، میزان بلوغ حرارتی در بخش مرکزی خلیج‌فارس اندازه‌گیری شد و نتایج نشان داد که به‌طور کلی بلوغ حرارتی در این منطقه پایین است. به عبارت دیگر، سازند کژدمی در بیشتر چاه‌ها نابالغ و در برخی چاه‌ها در ابتدای بلوغ حرارتی تشخیص داده شده است و در موارد محدودی نیز بالغ‌اند. سطح فوق بالغ نیز در هیچ‌کدام از چاه‌ها دیده نشده است. این نتایج با داده‌های ژئوشمیایی آلی موجود در برخی از چاه‌های این منطقه و مطالعات محدودی منطبق‌اند که از آنها گزارش شده است.

هدف از این مطالعه، بررسی امکان پیش‌بینی بلوغ حرارتی با نشانگر‌های لرزه‌ای برای دست‌یابی به مقطعی از تغییرات بلوغ حرارتی در میدان‌های مطالعه‌شده است. صحت و دقت پیش‌بینی بلوغ حرارتی با استفاده از داده‌های لرزه‌ای کاملاً به تعداد و فراوانی داده‌های در دسترس وابسته است که با افزایش وسعت منطقۀ مطالعه‌شده، باید تعداد چاه‌های استفاده‌شده افزایش یابد. برای پیش‌بینی بلوغ حرارتی در یک میدان، حداقل به سه چاه در نقاط مختلف آن مورد نیاز است که با توجه به شباهت‌های رسوب‌شناسی و زمین‌شناسی بهترین نتایج در دسترس است. در مطالعات منطقه‌ای، پارامتر مدنظر در مقیاس وسیع در مقاطع لرزه‌ای قابل پی‌جویی و ارزیابی است و دقت نتایج به تعداد چاه‌ها و حجم داده‌های موجود وابسته است.

سپاسگزاری

با تشکر فراوان از شرکت نفت فلات قاره که داده‌های این مطالعه را در اختیار نویسندگان قرار دادند.