Каспийское море: морфометрические характеристики и стохастическое моделирование — Часть 2
Во 2 части этой статьи, впервые опубликованной в мартовском номере Журнала ROGTEC 2010 года, мы рассматриваем результаты и заключения статистического анализа морфометрического и статистического моделирования Каспийского моря
Олибий Йшола — biyiishola@yahoo.com
Результаты и заключения
Данные, полученные на основании замеров, показывают, что протяженность русла дельты Волги составляет от 0,28 до 24,03 км, со средней длиной 5,41 км (Рис 5a).
Средняя длина русла иерархической группировки колеблется между 1,32 и 18,06 км. Величины средних протяженностей самые высокие в иерархии 3, а самые низкие вниз по 15 иерархии русла, что указывает на некоторое сокращение средней протяженности вниз по иерархии (Таблица 5.1).
Среднее отклонение протяженности русла (L) составляет 4,38 км (Приложение 1). Стандартное отклонение колеблется между 0,3 и 4,72 км в иерархических группировках, с самым высоким значением наверху иерархии и самым низким значением у основания (Таблица 5.1).
Извилистость русел дельты Волги колеблется от 1 до 1,5, тогда как средняя величина извилистости составляет 1,1.
Средняя величина извилистости иерархической группировки колеблется между 1 и 1,34 (Таблица 5.1). Величина извилистости достигает самого высокого значения в 3 иерархии, а самого низкого значения – в 15 иерархии, указывая на понижение величины средней извилистости вниз по иерархии. Такое понижение не наблюдается в иерархии 11 и 12 (Таблица 5.1).
Стандартное отклонение извилистости русел в дельте Волги составляет 0,09 (Приложение 1), и колеблется от 0 до 0,1 в группировках иерархии (Таблица 5.1).
Ширина русел дельты Волги, согласно замерам, колеблется от 70 м до 833 м, тогда как средняя величина ширины составляет 248 м со стандартным отклонением 162 м.
Для сравнения, данные увеличенного участка от дельты Волги (Рис 5b ) показывают колебания протяженности русла от 0,23 до 13,42 км, тогда как средняя протяженность составляет 1.61 км. Извилистость увеличенного участка колеблется от 1 до 1,33, тогда как средняя извилистость составляет 1,07.
Средняя протяженность, средняя извилистость и средние отклонения русел увеличенного участка карты дельты Волги, с аналогичной иерархией, показаны в Таблице 5.2.
Графики протяженности в сопоставлении с извилистостью, иерархии в сопоставлении с извилистостью, иерархии в сопоставлении с шириной и извилистости в сопоставлении с шириной рукавов дельты представляет рассредоточенную диаграмму. Диапазон значений коэффициента детерминации R-квадрата на диаграммах ниже колеблется между 0,002 и 0,12.
Результаты столбчатой диаграммы и интегральной кривой распределения протяженности, ширины, иерархии и извилистости русел в дельте Волги показаны на графиках ниже.
Толкование результатов
Результаты, полученные на основании статистического анализа, интерпретируются следующим образом. Значения коэффициента детерминации R- квадрата, полученные на основании диаграммы разброса, наводят на мысль, что не существует тесной взаимосвязи между переменными характеристиками протяженности, извилистости, ширины и иерархии на графике зависимости, по той причине, что значения R- квадрата, полученные для всех графиков, равны приблизительно нолю (Рисунки 5.1-5.5, и 5.11-5.13).
Это дает основания полагать, что эти переменные характеристики являются независимыми и могут быть взяты как самостоятельные составляющие при построении модели бассейна.
Таблица 5.1 показывает распределение средней протяженности и средней извилистости русла в дельте Волги вниз по иерархии. Значение протяженности в 3 иерархии, которое составляет 18 км, предполагает значительную протяженность русла. Средняя протяженность в пределах иерархии порядка от 4- до 13 указывает на то, что большинство русел в пределах этого диапазона иерархий составляют русла значительной протяженности, а разветвленная сеть рукавов дельты, которая указывает на движение с верхней дельтовой равнины в нижнюю. Тогда как средние и стандартные значения отклонения средней протяженности и извилистости русел в иерархии порядка от 14 до 15 указывают на русла с покровным песком или впадины.
Сравнение средней протяженности 5,41 км со стандартным отклонением 4,38 км указывает на наличие обширного отклонения от средней протяженности русел в дельте Волги. Это связано с большой разницей между обоими значениями, и тем фактом, что диапазон значений для протяженности русла распределяется далеко от среднего значения. На основании значений среднего и стандартного отклонений, диапазон протяженности русла в большей части дельты Волги составляет от 1,03 до 9,79 км.
Кривая распределения частот указывает на то, что протяженность большинства русел в дельте Волги является короткой, с интерквартильным диапазоном 5,25 км и средним значением 4 км (Рис 5.7). Столбчатая диаграмма также указывает на понижение частоты русел с большой протяженностью. Это наводит на мысль, что вероятность русел с низкой протяженностью выше, тогда как вероятность русел с высокой протяженностью ниже.
Сравнение средней извилистости 1,1 со стандартным отклонением 0,09 указывает на незначительное отклонение, и на то, что большая часть значений извилистости русла в дельте Волги распределяется близко к среднему значению. Это связано с незначительным различием между стандартным отклонением и средними значениями. Изображение контура реки является характерным для типа с разветвленными руслами, от прямой до слабо извилистой формы. Поправки контура, замеренные как вариации извилистости тесно связаны с типом, размером и содержанием наносов (мутностью воды). Они также связаны с устойчивостью к отмели и характеристиками дебита потока. Взаимосвязь между уклоном русла и извилистостью была разработана в лабораторных опытах Шума (Schumm) и Хана (Kahn) в 1972 году. Также, на основании исследований, проведенных Саркером (Sarker) и другими в 1999, были сделаны выводы, что уклон реки уменьшается (в ответ на сокращение поступления воды и осадочных пород вверх по течению) по мере того как она становится более извилистой. Кроме того, это также подтверждает наблюдения и заключения Адамса (Adams) в 1919 году о том, что рукав дельты становится более извилистым в процессе деклинации. На основании результатов моих исследований, я прихожу к выводу, что большинство русел дельты Волги имеют высокую скорость течения.
Значение извилистости русел связано с объемом пройденной воды и, впоследствии, содержанием наносов. Это является типичным для более низких дельтовых равнин и более низкой крутизны склона. Извилистость русел характеризуются от прямого до слабо извилистого контура.
Пространство участка к низкой дельтовой равнине является обыкновенным, где уклоны реки и дельты русла в сторону моря низкие. Обычно, в таких средах, количество русел увеличивается, и часто имеет вилкообразный или разветвляющийся вид на плане. Такой вид является типичным для дельты Волги и виден на изображениях, полученных с помощью ИСЗ. С точки зрения формирования песчаного горизонта, отложения, заполняющие бухты, которые часто образуют клинообразные обломочные породы, находящие друг на друга и разделенные промежуточными рукавами и болотными отложениями. Это позволяет понять какой тип гетерогенности следует ожидать и учитывать при построении объектно-ориентированной модели. Кроме того, извилистость зависит от угла наклона и объема пропущенной воды, но не зависит от прочих переменных.
Среднее значение иерархии 9 и стандартное отклонение 2,5 указывают на то, что существует умеренное отклонение от средней иерархии, принимая во внимание диапазон иерархий между 7 и 12.
На основании столбчатой диаграммы видно, что большинство иерархий русла имеют нормальное или симметрическое распределение, с ассиметрией распределения приблизительно равной нолю (Рис 5.9). Можно заметить, что диапазон иерархий от 6 до 12 встречается наиболее часто. Это также очевидно на основании графика накопительных частот.
Столбчатая диаграмма также показывает ассиметричное распределение по длине, ширине и извилистости русел в дельте Волги (Рис 5.7, 5.8, 5.10 и 5.14). Это указывает на то, что большая часть значений протяженности, ширины и извилистости русел дельты Волги находится в диапазоне низких значений, ниже среднего значения.
Предел разрешения данных усложняет определение истинного среднего и стандартного отклонения ширины большинства русел в дельте Волги. Однако, на основании полученных результатов видно, что средняя ширина 248 м, при сравнении со стандартным отклонением 162 м, обнаруживает обширное отклонение от средней величины в диапазоне от 86-410 м. Большая часть ширины русла, которую невозможно замерить, подпадает под диапазон 70 м (51 м для увеличенной части) или меньше, что связано с пределом разрешения данных на изображениях дельты (Приложение 1 и 3), полученных с помощью ИСЗ.
Суммарная кривая частот ширины русел в дельте Волги показывает, что около 50% русел имеют ширину от 70 м или меньше (51 м на увеличенном участке) до 140 м. Интерквартильный диапазон составляет 175 м. Также, предполагается, что вероятность русел с менее обширной широтой выше по сравнению с более широкими руслами.
На основании столбчатой диаграммы и суммарной частоты извилистости на Рис 5.10, можно судить, что диапазон извилистости от 1 до 1,8 характерен для большинства русел, затем следует диапазон от 1,1 до 1,2, тогда как наименее встречающийся диапазон извилистости находится между 1,22 до 1,4. График суммарной частоты показывает, что приблизительно 50% извилистости находится в пределах 1-1,1, на основании чего можно заключить, что русла имеют в основном контур от слабо извилистого до умеренно извилистого.
Предыдущие исследования, проведенные Филдингом (Fielding) и его группой в 1987 году на основании использования набора данных по ширине, глубине и плотности слоя речных отложений песчаника в русле, были проведены с целью демонстрации взаимосвязи между геометрией песчаного горизонта и типом речного русла. Сравнительные графики различных типов русел, таких как русел со слабо выраженной извилистостью, заплетенных, меандрических и разветвляющихся, были выполнены с целью получения соотношения ширины к плотности и глубины относительно плотности. На основании их графиков была составлена диаграмма разброса, которая указывает на отсутствие связи между плотностью и шириной русел. При сравнении с набором данных изображения русла Волги, полученных с помощью ИСЗ, большее количество параметров, таких как протяженность, ширина, извилистость, иерархия и схема дренажа русел, могут быть использованы. Однако, набор данных не предоставляет замеров плотности русел.
Проблемы с морфометрией изображений, полученных с помощью ИСЗ, включают слабую разрешающую способность, и тот факт, что все, что находится между руслами, может быть основано только на предположениях и может не совсем соответствовать действительности.
Программное обеспечение для моделирования бассейна
Собранные данные могут быть использованы для исследований недр во время моделирования для получения общего представления пространственного распространения песчаных тел, геометрии русла и наличия связей, которые часто бывают ниже разрешающей способности сейсмической разведки и не могут быть точно предсказаны на основании необработанного материала. Различные параметры, такие как длина, извилистость и ширина могут быть внесены в модель самостоятельно, независимо от их позиции в иерархии.
Морфометрический набор данных может быть использован для создания стохастической трехмерной геологической модели на основании программного продукта IRAP RMS, используя фациальное русло и прочие методы. Набор данных будет являться руководством для моделей, создаваемых в IRAP, тогда как ввод различных параметров (длины, извилистости и ширины) даст реальное отражение гетерогенности бассейна.
Форма, распределение бассейна и природа взаимосвязей, в которой может быть применен набор данных является типичной для слабо-энергетической или грязевой дельты, со многими вилкообразными рукавами от прямых до извилистых, с прерывистыми песками и грязью по береговой линии. Эта картина является типичной для современной дельты Волги, другие примеры включают Миссисипи, Ориноко и Лену.
На основании набора данных можно получить типы песчаных горизонтов, которые могли быть введены в систему и которые являются основными песчаными отложениями русла, пойменного русла или дельтовидного рукава, впадин/ пластовых песчаных залежей с болотистыми отложениями.
В большом бассейне, таком как продуктивные нефтяные месторождения Каспийского моря, набор данных может быть использован для определения геометрии дельты Волги, на основании чего можно прогнозировать, где в распределении бассейна находятся основные пески русла или пески пойменного /разветвленного русла.
На основании полученного набора данных, можно эффективно построить модель средней извилистости 1,1 в IRAP для всех частей дельты. Это благодаря тому, что низко-стандартное отклонение 0,09 и значение извилистости 1,1 представляет извилистость от низкой до умеренной, что является типичным для дельты Волги. Моделирование будет основано на характеристике донных наносов, подразумеваемых на основании вариаций извилистости, среды отложений и сравнения с аналоговыми месторождениями, такими как дельта Миссисипи.
Заключения
» Количественные данные будут использованы для объектно-ориентированного моделирования бассейнов Каспийского моря с системами, аналогичными современной дельте Волги, например Миссисипи, Ориноко и Лена (все, доминируемые реками).
» Совокупность статистических данных, собранных на основании диаграмм геофизических исследований скважин и данных сейсморазведки, может быть использована для ввода в построение модели бассейна для создания более подробной и точной модели подземных течений.
» Набор данных позволяет собрать аналоги резервуаров на изучаемых площадках и также дает общее представление о пространственных распределениях песчаных горизонтов на площадках ниже разрешающей способности сейсмической разведки.
» Параметры протяженности, ширины и извилистости русел дельты Волги могут быть введены в модель независимо от их позиции в иерархии.
» Набор данных может быть синтезирован в кумулятивные кривые вероятностей, которые предоставляют быстрый обзор характера резервуара P10, P50 и P90.
» Набор данных может быть использован для создания объектно-ориентированной модели в таких программах как IRAP или PETREL, тогда как ввод переменных, длины, ширины и извилистости даст реальное представление гетерогенностей резервуара.
» Замеры количественной архитектуры, полученные на основании сейсмических данных систем дельты рек, могут быть интегрированы с замерами, собранными с изображениями дельты Волги, полученными ИСЗ для улучшения качества моделей резервуара.
» Использование седиментологического анализа, отчетов по образцам и диаграмм геофизических исследований скважин также помогают в построении модели резервуаров.
» Рекомендуется проведение дополнительных исследований нескольких наборов данных дельтовых фаций для предоставления количественной геоморфологии.
Список справочной литературы
Брянт (Bryant, I.D.) и Флинт (Flint, S.S.,) 1993. Геологическое моделирование количественных кластических резервуаров: проблемы и перспективы (Quantitative clastic reservoir geological modelling: problems and perspectives: In Flint, S.S and Bryant, I.D., eds.), Геологическое моделирование резервуаров углеводородов и выявление аналогов (The Geological Modelling of Hydrocarbon Reservoirs and Outcrop Analogues, Int. Ass. Sedimentologists) Специальное издание 15, Блэевелл, Оксфорд стр 3-20, Чемберс (Chambers, J.,)
Кливленд (Cleveland, W.), Кляйнер (Kleiner, B.), Терки (Tukey, P.), 1983. Графические методы анализа полученных данных (Graphical methods for data analysis, Wadsworth).
Филдинг (Fielding, C. R.), Крейн (Crane, R.C.), 1987. Применение статистического моделирования для прогноза факторов добычи углеводородов в серии речных резервуаров (An application of statistical modelling to the prediction of hydrocarbon recovery factors in fluvial reservoir sequences). Современные разработки в речной седиментологии ( In: Recent Developments in Fluvial Sedimentology ) (Редакция Эсридж (Ethridge, F.G.), Флорес (Flores, R.M., Harvey, M.D.) Общество экономистов палеонтологов и минерологов (Society of Economic Paleontologists and Mineralogist, Spec Pub. 39. 321-327)
Галловей (Galloway, W.E.), 1981. Архитектура отложений прибрежной равнины Мексиканского залива (depositional architecture of Cenozoic Gulf Coastal Plain fluvial systems). В современных и древних не морских условиях осадконакопления: модели для исследования (In: Recent and Ancient Nonmarine Depositional Systems: models for exploration0 (Ed. By F.G., Ethridge and R.M., Flores). Soc. econ. Miner., 31, 127-156. Талса (Tulsa).
Харденбол (Haq, B.U., Hardenbol, J.), и Вайл (P.R. Vail), 1988, Мезозойская и генозойская хроностратиграфия и циклы изменения уровня моря (Mesozoic and Cenozoic chronostratigraphy and cycles of sea-level change), по Вильгусу (Wilgus, C.K.), Хастингу (Hastings, B.S.), Кендалу (Kendall, C.G.St.C.), Позаминтьер (Posamentier, H.W.), Росс (Ross, C.A.), Ван Вагонер (Van Wagoner, J.C.), eds., Изменение уровня моря: Интегрированный подход Общество специалистов по экономической палеонтологии и минералогии (Sea-level change: an integrated approach: SEPM) Специальное издание 42, стр. 40-45.
Исаакс (Isaaks, E. H.), Шривастава (Srivastava, R. M.), 1989, Введение в прикладную геостатистику (An introduction to applied geostatistics): Нью Йорк, издание Оксфордского университета (New York Oxford University press), стр. 10-21
Джоунс (Jones, R.W.) и Симмонс (Simmons, M.D.), 1996, Обзор стратиграфии восточного Паратетиса (a review of the stratigraphy of eastern Paratethys (Oligocene-Holocene): Бюллетень Национального исторического музея (Дополнение к геологии), т. 52, стр. 25-49
Крунберг (Kroonenberg, S.B.), Симмонс (Simmons, M.D.), Оверим (Overeem, I.), Хиндс (Hinds, D.), Алиева (Aliyeva,) Свиточ (E.,Svitoch,), Русаков ( A.A., Rusakov), G.V., 2001, Современная дельта Волги как аналог продуктивного нефтяного месторождения южного Каспийского бассейна (The recent Volga delta as an analogue for the Productive Series in the South Caspian Basin). Выборка EAGE Амстердам июнь 2001 (Expanded abstract, EAGE Amsterdam June 2001).
Крунберг (Kroonenberg, S.B.), Оверим (Overeem, I.), Русаков (Rusakov, G.V.), Свиточ (Svitoch, A.A.), 2001, Влияние изменения уровня моря на развитие дельты реки: Каспийские уроки (Impact of Sea-Level change on river delta development: lessons from the Caspian. ICSF), Амстердам июль 2001.
Косарев (Kosarev, A.N.), Яблонская (Yabblonskaya, E.A.),1994. Каспийское море (The Caspian Sea. SPB. The Hague), Стр 259.
Mathword, 2005,
http://mathworld.wolfram.com/Skewness.html
NASA;http://www.loc.gov/exhibits/earthasart/images/eaa-37s.jpg
Overeem, I., Kroonenberg, S.B., Veldkamp, A., Groenesteijn, K., Rusakov, G. V.,
Svitoch, A.A., (accepted for publ. 2002). Small-Масштаб stratigraphy in a large ramp delta: recent and Holocene sedimentation in the Volga delta, Caspian Sea.
Pidwirny, M., 2005, Stream Morphometry: in Chapter 10: Introduction to the geography.net)
Schmaltz, J., 2005, www.parstimes.com/MODIS/CaspianSeaTerra.jpg
Weber, K., J., Van Geuns, L.C.,1989. Концепция построения расчетных геолого-математических моделей кластического водоема Framework for constructing clastic reservoir Расчетной геолого-математической модели simulation models. SPE paper 19582 presented at Annual Technical Exhibition, San Antonio.
