Гайнанов Валерий Гарифьянович
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
|
содержание |
В этой главе рассмотрены возможности и условия применения различных способов цифровой обработки данных сейсмоакустического профилирования, предложены и обоснованы новые способы.
Попытки повышения эффективности сейсмоакустических исследований на акваториях путем внедрения способов цифровой обработки данных, напрямую позаимствованных из сейсморазведки, часто не дают желаемого эффекта. Автором проведены теоретические и экспериментальные исследования с целью установления границ применимости тех или иных способов цифровой обработки данных, их усовершенствования и разработки новых способов.
В первом параграфе сформулированы цели и задачи цифровой обработки данных сейсмоакустического профилирования.
Цифровую обработку данных сейсмоакустического профилирования можно разделить на две части: 1) обработка данных с целью получения качественных временных разрезов; 2) определение кинематических и динамических характеристик волн с целью оценки физико-механических, литологических и других свойств отложений.
Первая часть обработки - это повышение отношения сигнал/помеха с целью увеличения глубинности и разрешающей способности исследований. Для этого применяются разные виды частотной фильтрации, в том числе предсказывающую деконволюцию и деконволюцию по форме сигнала. Для улучшения коррелируемости границ на временных разрезах, полученных в условиях волнения моря, применяют приемы обработки наподобие коррекции статических поправок. Для подавления кратных волн разработаны специальные приемы.
Вторая часть обработки - это определение таких сейсмических характеристик разреза, как пластовые скорости, коэффициенты отражения, коэффициенты поглощения. Так как вычисление их с достаточной точностью не всегда бывает возможно, то часто ограничиваются сравнительной оценкой таких параметров, как амплитуды отраженных волн, видимые периоды.
Обработка данных многоканального сейсмоакустического профилирования имеет свои особенности, связанные с сейсмогеологическими условиями изучаемого разреза, применяемыми системами наблюдений и характеристиками излучаемых сигналов. Технологии многоканального сейсмоакустического профилирования и обработки данных посвящена отдельная глава 4.
Во втором параграфе рассматриваются некоторые теоретические и практические аспекты применения цифровых фильтров при обработке данных сейсмоакустического профилирования.
На полевых примерах показано, например, что в одних случаях предсказывающая деконволюция дает неплохой эффект в повышении разрешающей способности и подавлении многократных волн, а других - может приводить к ложным результатам. Поэтому применять ее надо очень осторожно.
Деконволюция по форме сигнала в целях повышения разрешающей способности в приведенных примерах работает гораздо лучше предсказывающей деконволюции. Однако использовать ее можно только в тех случаях, когда форма сигнала практически не меняется от трассы к трассе, и ее можно вычислить по отраженной от дна волне.
В третьем параграфе описываются разработанные автором способы исключения влияния волнения моря на результаты сейсмоакустического профилирования.
При работах в открытом море сейсмоакустическое профилирование часто приходится проводить в условиях волнения моря, недопустимого с точки зрения методики высокоразрешающих исследований, что приводит к резкому ухудшению качества записей, а иногда делает их вообще неинтерпретируемыми (рис. 3, 4) [Гайнанов и др., 2007, 2008].
Существуют разные способы борьбы с такого рода помехами, но некоторые из них не применимы при сейсмоакустическом профилировании, другие - часто не дают желаемого эффекта.
Например, за рубежом в состав аппаратуры акустических профилографов включают специальные датчики колебательных движений - MRU (Motion Reference Unit), сигналы которых используются для введения поправок на вертикальные смещения антенны профилографа [Product Line SES-2000, www.innomar.com]. При сейсмоакустическом профилировании использование таких датчиков практически невозможно, так как источник и приемник буксируются за бортом судна каждый по отдельности, и совершают независимые колебания, в том числе и вращательные.
В обрабатывающей системе RadExPro есть несколько процедур, предназначенных для сглаживания границ на временных разрезах. Опробование их на полевых материалах показало, что с одной стороны их применение бывает недостаточно удобным, с другой стороны их помехоустойчивость невысокая, и в сложных случаях они перестают работать.
Автором разработаны свои оригинальные способы исключения влияния волнения моря на материалы сейсмоакустического профилирования, дающие положительные результаты иногда даже в кажущихся безнадежными ситуациях. Основные идеи их заключаются в следующем:
Анализ данных, полученных в самых разных условиях волнения моря, показал, что как в точке возбуждения, так и в точке приема, волнение оказывает 3 вида воздействия на сигнал: 1) время прихода отраженных волн меняется в связи с изменением высоты приемника и источника над отражающей границей; 2) амплитуда принимаемых волн меняется в связи с изменением глубины источника и приемника, а также кривизны поверхности воды - сильной отражающей границы; 3) по этим же причинам меняется форма и частотный состав принимаемого сигнала.
Полное исключение влияния волнения на сейсмоакустические данные означает корректировку всех вышеуказанных искажений сигнала. При этом мы исходим их предположения, что сигналы по соседним трассам должны быть коррелированны, т.е. резкие изменения времени вступления, амплитуды и формы сигнала вызваны исключительно влиянием волнения.
Основной алгоритм предусматривает прослеживание первых вступлений отраженной от дна волны по всему обрабатываемому интервалу профиля, высокочастотную фильтрацию прослеженной линии, и сдвиг трасс на оставшиеся после фильтрации значения времен (рис. 3). Однако волнение вызывает еще флуктуации амплитуды и формы сигнала и повышение уровня шума на записи, так что непосредственное прослеживание первых вступлений донной волны по исходной записи часто не удается. Поэтому нами предусмотрены специальные процедуры предварительного редактирования трасс и разработан алгоритм повышенной помехоустойчивости для прослеживания донной волны (рис. 4).
В четвертом параграфе рассматривается применимость различных способов подавления многократных волн при обработке сейсмоакустических данных и предлагается усовершенствованный способ подавления многократных волн по Бакусу, который позволяет повысить степень подавления многократных волн и устойчивость работы процедуры в применении к сейсмоакустическим материалам, полученным на мелководье.
В сейсморазведке методом отраженных волн на акваториях сильной помехой являются многократно отраженные в водном слое волны, и борьбе с ними уделяется много внимания. В многоканальной сейсморазведке сейчас для подавления кратных волн наряду с методом суммирования по способу ОГТ [Mayne, 1962; Мешбей, 1973] используют веерную фильтрацию [Кондратьев, 1972], преобразования Радона [Moore et al., 2002; Weglein, 1999], предсказание и вычитание на основе волновых уравнений (метод SRME - surface related multiple elimination) [Verschuur, 2006]. В одноканальном сейсмоакустическом профилировании эти способы, к сожалению, в принципе не применимы.
Разработано много разных способов одномерной фильтрации данных с целью подавления многократных волн [Backus, 1959; Kunetz & Fourmann, 1968; Middleton & Whittlesey, 1968; Калинин, 1976, 1978; Сильвиа и Робинсон, 1983; Verschuur, 2006]. Однако при применении их к данным сейсмоакустического профилирования часто достаточный уровень подавления кратных волн не достигается, или одновременно с кратными волнами с записи исчезают и однократные отражения. Причины разные - отношение сигнал/помеха на сейсмоакустических данных низкое, принятая модель сейсмограммы не соответствует реальным данным, и т.д.
На основе развития идей, предложенных М.Бакусом [Backus, 1959] автором разработан способ подавления многократных волн на записях сейсмоакустического профилирования, наиболее полно учитывающий влияние мешающих факторов, и обеспечивающий устойчивую настройку процедуры на реальные полевые данные. Алгоритм предусматривает постепенное приближение к конечному результату - наилучшему подавлению кратных волн.
Сначала наблюденные данные подгоняются под модель, принятую для описания образования кратных волн, затем производится первичное - грубое определение времени пробега донной волны τ и коэффициента отражения от дна k. После методом итераций вычисляются точные значения τ и k, осуществляется вычитание кратных волн.
Если требуемый уровень подавления кратных волн не достигается, то модель усложняется, например, коэффициент отражения от дна считается частотно зависимой. Тогда вычитаемая трасса кратных волн пропускается через фильтр с предварительно определенной характеристикой. Однако чем сложнее модель, тем труднее определить его параметры по относительно сильно зашумленным полевым данным. Поэтому на практике чаще лучшие результаты получаются по более простым способам.
Одним из преимуществ разработанного способа является то, что вне зависимости от того, лучше или хуже подавляются кратные волны, однократные отражения на временном разрезе остаются практически нетронутыми. Это помогает опытному интерпретатору отличить кратные волны от однократных, даже если они не полностью подавились в результате работы процедуры.
Пятый параграф посвящен технологии определения динамических параметров волн по данным сейсмоакустического профилирования.
Первое требование для успешного определения динамических параметров волн - вся предварительная обработка данных должна выполняться с сохранением "истинных амплитуд", и должны быть получены временные разрезы, где визуально уже можно заметить изменения динамических характеристик волн [Gainanov et al, 1998].
Использование динамических параметров сигнала в интерпретации предусматривает, во-первых, проведение преобразований Гильберта и получение разрезов <мгновенных амплитуд>, фаз и полярностей [Танер и Шериф, 1982], во-вторых, вычисление сейсмических атрибутов вдоль выделенных границ. В системе RadExPro для этого есть соответствующие процедуры. Однако процедуры для определения полярностей отражений нет. Дело в том, что принцип определения полярности по знаку амплитуды колебания на сейсмической трассе в момент локального максимума на трассе мгновенных амплитуд справедлив лишь для симметричного по форме (нуль-фазового) сигнала, отраженного от кровли достаточно мощного пласта. Отклонения формы сигнала от требуемой, интерференция отражений от тонких пластов могут привести к неправильному определению полярности отражений.
Автором составлена специальная процедура и разработана технология, обеспечивающая устойчивое определение полярности отражений в большинстве встречающихся на практике случаев. На множестве примеров показано, что полярность отражений часто оказывается наиболее надежным параметром в расшифровке природы отражающих границ, например, <ярких пятен> на сейсмических разрезах (рис. 6) [Gainanov, 1998; Гайнанов, 2008].
При интерпретации необходимо совместное использование динамических параметров сейсмоакустической записи (амплитуда, полярность, частотный состав) с кинематическими параметрами (скорость волн, конфигурация границ). Во многих случаях это позволяет найти наиболее достоверные варианты интерпретации материалов, даже когда отсутствуют скважинные данные о вещественном составе отложений [Гайнанов, 2008].
В шестом параграфе дается описание разработанного программного комплекса для обработки данных сейсмоакустического профилирования.
Многолетний научно-технический и производственный опыт сейсмоакустических работ на акваториях, а также знакомство с отечественными и зарубежными программными средствами для обработки сейсморазведочных и сейсмоакустических данных, позволили автору создать свою систему обработки данных сейсмоакустического профилирования [Гайнанов, 2008], которая обладает определенными преимуществами, а именно: 1) она компактна и проста в использовании; 2) работает быстро; 3) реализует, наряду с общеизвестными процедурами обработки сейсмических данных, процедуры, разработанные автором специально для сейсмоакустического профилирования (Глава 3, 3, 4).
Интерфейс программы подобен интерфейсу широко распространенных Windows программ и является интуитивно понятным. После открытия файла данных и загрузки заданного количества трасс, на экране появляется изображение временного разреза. Простым щелчком мыши на выбранной точке разреза можно посмотреть осциллографическое изображение данной трассы, производить редактирование трасс, посмотреть частотный спектр трасс.
Специальное меню открывает список имеющихся процедур обработки данных. После выбора процедуры и задания параметров программа, переходит в интерактивный режим подбора параметров, если такой режим предусмотрен, или производит обработку всех трасс и выводит результаты на экран. Обработанные данные могут быть сохранены для дальнейшей обработки, или же обработанный фрагмент временного разреза может быть сохранен в виде изображения для последующей обработки в графических системах.
На рис. 7 приводится пример улучшения качества материала последовательным применением различных обрабатывающих процедур.
Выводы.
1. Исследованы известные, предложены и практически реализованы новые оригинальные способы обработки данных, повышающие эффективность сейсмоакустического профилирования на акваториях.
2. Разработана технология оценки литологических и физико-механических характеристик, газонасыщенности отложений с использованием динамических параметров сейсмоакустических записей.
3. Разработан программный комплекс для обработки сейсмоакустических данных, существенно улучшающий качество материалов за счет применения как известных, так и оригинальных способов обработки.
| 