Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Адаптивный метод прослеживания сейсмических волн в первых вступлениях с оценкой параметров модели ВЧР

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Адаптивный метод прослеживания сейсмических волн в первых вступлениях с оценкой параметров модели ВЧР"

ра и о й ^

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии

На нраиач рукописи

АНТОНЕНКО Александр Нладимироннч

Адаптивный метод прослеживания

сейсмических волн в первых вступлениях с оценкой параметров модели ВЧР

04.00.12—геофшшческне методы поисков н разведки месторождений полезных ископаемых

А I! Т О Р Е а» Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата гоолого-мннералогических наук

Новосибирск. 1992

Работа выполнена в Вычислительном центре СО РАН в городе Красноярске.

Научный руководитель:

доктор технических наук В. А. Кочнеп

Официальные оппоненты:

доктор геолого-мннералогн-ческих наук Н. Л. Кузнецов

кандидат физнко-математичес-кпх паук Г. М. Митрофанов

Оппонирующая организации:

Государственное геофизическое предприятие «Енисей-геофизика». г. Енисейск

Защита диссертации состоится « д^ТЛ ¿/Л #1992 году

в часов па заседании специализированного Совета

Д 002.50.06 при Объединенном институте геологии, геофизики и минералогии СО РАН, в конференц-зале.

Адрес: 630090, Новосибирск. 90, Университетский ир-т, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИГГМ СО РАН.

Автореферат разослан « 3 * селТя &1992 ГОДУ

Ученый секретарь Специализированного совета

кандидат технических наук Ю. А. Дашспскин

С ■

• ■ t ■ )••..'

■ .

' • ' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ - АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Бурное развитие теорш сейсмического метода, спосоСов математической обработки и интерпретации данных, рост производительности и новые еозмоености электронно -вычислительной техники создают предпосылки для повышения эффективности ( информативности, точности ) репения задач разведочной геофизики. При поисках и разведке месторождений нефти и газа особое внимание уделяется интерпретации данных метода отраженных волн ( ЫОВ ) в модификации многократных перекрытий ( Ш1 ). Широкое использование MOB в районах, перспективных для прироста запасов углеводородного сырья и имеющих слонное геолого - геофизическое строение ( в частности, к таким относится западная часть Сибирской платформы с зона;,я обяирного развития трастового магматизма ), еыяеило проблемы, решение которых в полной мэрэ в рамках метода невозмо^зо. Прекде всего к еим относится учет влияния на регистрируемое волновое поле неодгюродт-остей верхней части геологического разреза (КБЧР), искр.кнпгдх результаты структур:г.л: псстро-зн;:3. Это обусловлено шсо;;км уровнем помех, сникающих качество прослеживания отраженных волн, и протяженностью интенсивных аномалий в строении ВЧР. Развитее вне MOB множества способов определения строения пр:шоверхностных неоднородностей для учета статических попрввок подчеркивает актуальность проблемы и пристальное внимание, уделяемое ее решению. Среди прочих по Ее скольким причинам выделяется способ анализа и интерпретации волнового поля первых вступлений. Во-перЕых, получаемые в нем данные позволяют оценить модель ВЧР, содержащую протяженные неоднородности. Во-вторых, волны в первых вступлениях легко прослеживаются, и при большом уровне помах в последующих вступлениях эта информация является единственно доступной. Внутри рассматриваемого подхода существует множество направлений, отличающихся концентрацией внимания к тем или иным особенностям реальной среды и волнового поля; математическими моделями (детерминированными и стохастическими), используемыми для аппроксимации объектов исследования; схемами (аналитическими, численными) решения задач прослеживания целевых еолн и оценки параметров принятых моделей. Анализ современного состояния дел в этой области показывает как глубокую проработку

многих вопросов, так и существование оставшихся в теня перспективных направлений. К последним относятся автоматизация процесса обработки данных большого объема,. а такие повышен/.9 достоверности результата за счет адекватного учета априорной я текущей информации.

ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является разработка и реализация на практике ноеого способа обработки и интерпретации сейсмических данных, основывающегося на принципах адаптации я обеспечивавдего повышение эффективности и информативности исследований строения ВЧР.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. разработать интерпретационные модели ВЧР и волнового поля, относящихся к районам западной части Сибирской платформы, для решения задачи оценки параметров этих объектов, а через них и статических поправок.

2. Обосновать и разработать процедуру адаптивного прослеживания волн в первых вступлениях с оценкой параметров модели ВЧР. Провести ее .исследование на численных примерах.

3. Создать программное обеспечение ЭВМ на основе предложенных вычислительных алгоритмов.

4. Исследовать эффективность применения програг.мных средстЕ для интерпретации практических данных. Основываясь на полученных результатах, составить рекомендации по методике оценки параметров ВЧР.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ И ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ. Выводы и рекомендации диссертации получены в результате математического моделирования, а такке обработки и интерпретации фактического материала по сейсмическим профилям Еогучансксй, Барской, Катвнгской геофизических экспедиций ПГО "ЕШК5ЕИГЕОФИЗИКА" общей протяженностью несколько сотен километров.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Предложен оптимальный критерий прослегявания сейсмических волн в первых вступлениях, основывающийся на анализе их энергетических характеристик.

2. Разработана интерпретационная (дискретно-статистическая) модель среды, адекватно отранапцая особенности строения ВЧР районов западной части Сибирской платформы.

3. Прздлогено оригинальное решение обратной кинематической

задачи заклотавдееся в использовании в качестве данных итерационно-статистического (адаптивного) метода годографов прямой и головной волн, а тзкке численном решением прямой задачи.

4. Впервые разработан адаптивный метод настройки временного окна на прослеживаемые еолны, позеолящий избекать . ошибок прослеживания, а следовательно и смещения оценок при последующем решении обратной кинематической задачи (ОКЗ). Рассмотрена возможность использования единого с ОКЗ целевого функционала и построения рекурсивной процедуры прослеживания еолн с уточнением параметров модели среда.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Результатом проЕедеЕных исследований явилось создание алгоритмов и пакета прикладных программ, реализу^цих адаптивный метод просленкванкя сейсмических волн в первых вступлениях с оценкой параметров модели ВЧР. Версии пакета включены в сейсмические обрабатывающие системы на ЭВМ ЗЭСМ-6, ЕС 1010, ПС-2000. Опыт интерпретации данных, полученной з процессе разработки и производственного опробования алгоритмов з программ, положен в основу методических рекомендаций по зрименэниз пакета в различных геолого-геофизических условиях.

Пакет внедрен и используется для обработки производственных данных в подразделениях ИГО "EHKCEHTEOESIîKA" - "Региональном «нформацеонном центре "(ЭВМ БЭСМ-S, ПС-2000), Богучанской геофизической экспедиции (ЕС 1010) (акт о внедрении от 4 декабря [985 года ), Борской и Катангской геофизических экспедициях (ПС-2000), что позволило существенно автоматизировать процесс штерпретвции и повысить точность оценок параметров ВЧР сложного зтроения. Кроме перечисленных организаций пакет программ передан з ПГО "Ханты- мансийскгесфизика".Суммарный экономический эффект )т внедрения разработки составляет 155 тысяч рублей.

ЗАПЩШйЕ ПОЛОНЕН!®

1.Оптимальность энергетического критерия прослеживания ¡ейсмических волн первых вступлений с точки зрения надежности >бнару2энкя главного максимума сопрккана с анализом формы гкгнала.

г.ОсноЕНые неоднородности ЗЧР, свойственные для районов ¡ападной части Сибирской платформы, при решении задачи учета ¡татических поправок наилучшим образом аппроксимируется

двухслойной моделью с меняющимися по горизонтали рельефом поверхности наблюдения, мощностью слоя до преломляющей граница и скоростями распространения сейсмических волн.

3.Надекность результата решения задачи оценки параметров двумерной модели ВЧ? по гсдографам первых вступлений при налички помех связана с анализом времен регистрации прямой и головной волн и учетом априорной информацией о неизвестных.

4.Прогноз положения временного окна, ограничивающего влияние помех при прослегашании волн, приводит к уменьшения смещений оценок параметров, получаемых при peieEUE обратной кинематической задачи. ОКЗ и процедура прогноза могут иметь единый целевой функционал.

АПРОБАШЯ РАБОТЫ К ПУБЛИКАЦИИ. Результата работы известны по публикациям в печати (по теме диссертации опубликовано 16 печатных работ) и докладам на конференциях:

I .vi научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов ЗапСибНИГНИ, Тюмень,1983.

2.Всесоюзная школа передового опыта по методике изучения неоднородностей ВЧР при сейсморазведке на нефть и газ, Ханты-Мансийск, 1983.

3.VII научно-практическая конференция "Основные пути совершенствования методов изучения ВЧР при решении нефтепоисковых задач в Красноярском крае, Красноярск, 1988г.

4.Конференция молодых ученых ВЦ СО АН СССР в г.Красноярске, 1985,1988.

5.Всесоюзная конференция, Тюмень, 1987.

6.Конференция "Сейсмические методы поиска и разведки полезных ископаемых".Киев,1987.

7.II Краевая научно-практическая конференция "Состояние и основные пути развития методики комплексной количественной интерпретации геолого-геофизических данных", Красноярск, 1990.

По теме диссертации сделаны сообщения на школах-семинарах института Геологии и Геофизики (г. Новосибирск) б городах Иркутске и Красноярске, на семинарах ВЦ СО АН СССР в городе Красноярске. Некоторые вопросы работы рассматривались не технических советах КрасСОМЭ и БГЭ ПГО "ЕШСШГЕОФИЗИКА". ПГС "Хантымансийскгеофизика".

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ.Диссертация состоит из пяти глав, введения и заключения. Объем работы 125 страниц, в том числе 3 таблицы и 32 рисунка. Библиография содержит 86 наименований.

Диссертация является результатом работы, проводившейся с 1983 по 1990 год в Вычислительном центре СО АН СССР г. Красноярска под научным руководством доктора технических наук В.А.Кочнева. Исследования выполнялись в соответствии с темой института "Разработка адаптивных методов рэшения обратных геофизических задач" (N 0186.0060384).

В процессе разработки программной части, ее исследовании на модельных и полевых данных, под руководством и сокместно с автором диссертации принимали участив А.Д.Чамбуткина, М.Ф.Бакзт, Н.А.Козулин, В.М.Вершинин, В.М.Карасик, Е.П.Кощук. Неоценимую помощь и поддеркку при внедрении результатов работы автору оказали В.В.Шиликов, Б.И.Музыченко, В.И.Черских, А.А.Дека и многие другие. Их хочется искренне поблагодарить за это. Особенно признателен автор С.В.Гольдину, А.М.Федотову,

A.А.Лихтеру за проявленный интерес при обсуждении работы, конструктивные замечания и комментарии, способствовавшие ео развитию.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой глава рассматриваются некоторые особенности строения осадочного чехла районов Тунгусской синеклизы. Внимание уделяется факторам, влияющим на волновое поле, регистрируемое при проведении сейсморазведочных работ MOB ОГГ, в частности, строению верхней части разреза. Для раскрытия темы использовались данные, имеющиеся в опубликованной литературе, а танке материалы и опыт, полученный автором в течении ряда лет работы над диссертацией.

В публикациях о геологическом строении района по данным глубокого бурения и каротана скваяин В.Л.Кузнецовым,

B.М.Карасиком, Н.В.Умперовичем и другими подчеркивается приуроченность сложных структурных форм и фациалышх изменений к дневной поверхности. Это подтверждавтся подробной информацией о геологическом строении ВЧР Богучанской (Богучано-Мензинский выступ), Куюмбинской и Тайгинской (Байкитская антеклиза), Ванаварской (Кетангскал седловина) и других'площадей Тунгусской

син8клизы.

При исследовании структурного плана границ осадочного чехла на основе MOB ОГГ, проводимых подразделениями ПГС "Енисейгеофизика", была откачена зависимость эффективности исследований от сложности регистрируемых волновых полей (И.В. Ткцвнко, Е.К.Королев, В.О.Козырав). Для Камовского свода и Катенгской седловины Н.В. Умперовичем и A.B. Исаевым предлокена подробная схема областей прослекиваемости основных типов если. Оценки значимости влияния на сейсмические Еолновыа поля неоднородностей ВЧР согласуется при интерпретации данных MOB (Н.В.Умперович, А.В.Исаев; A.A. Дека; В.И.Казане, В.И.Черских; В.И.Соколова; В.G.Козырев, Е.К. Королев), КМПВ (В.Л.Кузнецов, B.C.Никишина, В.В.Титаренко; Л.Г.Киселева и другие), по первым вступлениям сейсмограмм ОГТ (Ю.Я.Лыков, С.Г.Лыкова; Е.П.Кощук;

A.В.Антоненко, В.А.Кочнев), моделирования волновых полей (М.В.Алексеева и vдругие), каротажа скваяин и лабораторных исследований образцов (В.И. Роменко, Н.В.Умперович, Н.М.Бурова,

B.М.Карасик, Н.А.Туезова). В соответствии с прогнозом эффективности сейсморазведки по всей территории западней части Сибирской платформы (В.Г.Сибгатуллин, В.А. Гриценко) площадь благоприятных в сейсморазведочном отношении зон составляет 30%. Увеличение этой цифры связывается с повышением надежности процедур изучения ВЧР.Анализ геолого-геофизических данных и результатов обработки полевой сейсморазведки позволил выявить основные особенности рассмагриваемых в диссертации объектов:

- контрастные субгоризонтальные протяженные границы в ВЧР и латеральная изменчивость физических свойств среды;

- непостоянство формы регистрируемого сейсмического импульса;

- сложная форма годографов первых вступлений, образованных прямой и головной волнами;

Сопоставление результатов оценки статических поправок, в том числе и по полноте получаемой информации, для целей предварительной обработки на осноев различных методов и учет стоимости и оперативности работ позволяет сделать еывод о том, что в изучаемых районах метод оценки параметров по преломленным волнам является обязательным в комплексе обработки.

Во второй глазе проводится обзор литературных источников по • проблеме оценки параметров модели ВЧР на основе анализа

-б-

волнового поля s области первых вступлений. Рассматриваются задачи корреляции волн и обратные кинематические задачи, возникалдаэ при интерпретации практических данных. Отмечается, что слокное строение регистрируемых волновых полей и невозможность их полеой интерпретации заставило геофизиков выбирать для анализа наиболеэ доступную часть - целевые волны, которые несут в себе информацию о свойствах исследуемой среды. В различных сейсмических методах они различны, но принципы, лежащее в основе их выделения на фоне помех, используются одни и те т.в. Под корреляцией волн (в работе Н.Н.Пузырева, С.В.КрылоЕв, С.В.Потапьева) понимается процесс последовательного прослеживания каких-либо особенностей волны на сейсмограммах с использованием ряда критериев, связанных с амплитудой, формой и направлением распространением фронта волны. Появление магнитной, а затем цифровой регистрации и обработки сейсмических данных, способствовало развитии автоматического прослегсЕ^ния волн. Первыми гзСотс.\я со автоматизированной дискретной корреляции еолн были рзботы С.В.Гольдина, Н.Н.Поплавского и других. В них под корреляцией понималась задача классификации (распознавания) волн с полной априорной информацией. В способах прослеживания волн на основе анализа функции взаимной корреляции (ФВК) сейсмической трассы и эталоном сигнала штрокое распространение получили процедуры автоматической настройки. Адаптивному прослеживании волн посвящены работы В.А.Кочнева. Под прослехиванием в них понимается процедура последовательной классификации. Этот подход получил название метод плавно меняющихся эталоноз. Примеры методов прослеживания еолн с настройкой на их параметры описываются в работах Р.В. Кинга, Р. Пельради, А. Клемента, А.Г. Ведренцева, B.C. Комиссарчика, В.Н. Пилипенко и многих других. Принципы регулируемого направленного приема (JI.A. Рябинкин, Ф.М. Гольцман, С. А. Нахамкин, C.B. Го ль дин) используются при прослеживании волн суммированием сейсмических трасс с временными задержками (Г.В. Матвиенко, Б.А. Сердий, В.Н. Рыкенкова, B.C. Карапыш). Решению возникаодих при этом проблем выбора базы суммирования и кинематики волновых фронтов при анализе нестационарных волновых полей на основе оптимизационных алгоритмов посвящены работы А.К. УрупоЕа, A.A. МалоЕичко, Л.А.

Рябинкина, М.Б. Рапопорта, В.А. Дядюры, Е.А. Цацко, А.Н. Лоссовокого и другйх. Статистический анализ волнового паля в геофизика начал развиваться с использованием моделей, содержащих случайную составляющую. Наиболее серьезные проблемы здесь, как и в предыдущих подходах, решаются с использованием принципов адаптации и локализации задачи (Ф.Ы. Гольцман, С.Ы. Нахамгаш, В.Н. Троян, Е.А. Козлов, C.B. Гольдин, С.А. Кац, В.В. Логинов и другие).

Обратная задача сейсморазведки в некоторых случаях содержит как влемент решения прямую задачу. Аналитические методы расчета годографов рассматриваются в работах Г.А. Гамбурцева, D.B. Ризниченко, H.H. Пузырена. В численных методах используются способы трассировки луча с учетом закона Снеллиуса(А.С. Алексеев, В.М. Гурьянов, С.А. Мири-Заде; В.Н. Пилипенко; Т.Е. Яновская) и вариационные, в которых траектория луча подбирается на основе принципа Ферма (O.K. Гинзбург; В.А. Кочнев, Т.А. Тушка). Способы оценки параметров модели среда по годографам преломленных волн (именно они образуют первые вступления) рассматриваются в работах D.B. Ризниченко, H.H. Пузырева, C.B. Гольдина, А.К. Урупова, A.M. Епинатьевой.

Уделяется внимание еще одной стороне решения обратных задач - устойчивости решений в случаях недостаточности исходных дянннт или наличия в них помех. Устранение неустойчивости (регуляризация) основывается на принципах, предложенных А.Н. Тихоновым и развитым им для детерминированных постановок. В информационно - статистическом направлении решения обратных задач (Л.А. Хвлфин, Ф.Ы. Гольцман, Т.Е. Калинина, B.C. Киселев, В.Н. Троян) методы регуляризации рассматривались в работах C.B. Гольдина и P.M. Бембеля. Данному направлению посвящены работы А. Тарантоллы и Б. Вапетте, К. Аки и П. Ричардса. Основное внимание в них уделяэтся учету априорной информации. В.А. Кочневын предложен итерационно - статистический (адаптинный) метод! решения обратных задач. Согласно работам Я.З. Дишптоя в теория управления главной особенностью адаптивных методов являете* способность пополнять недостаточность априорной информацш текущей. Закончен обзор таблицей содержащей сведения с программах обработки материалов МПВ, в основе которых лежа! теоретические подходы, рассмотренные в этой главе.

-а-

Анализ литературы показывает, что детерминированный и стохастический подходы преобладают при решении задач геофизики, однако использование адаптации и ее элементов становится неотемлемой частью этого процесса. Как отмечалось выше, работы В.А. Кочнева, В.А. Дядары, Г.Я. ГогоненкоЕа, И.О. Борейко, С.А. Каца, Е.А. Козлова, И.А. Ыушина, В.Н. Страхова и других расширяют диапазон приложения адаптивного подхода и создают предпосылки к созданию систем адаптивной обработки информации.

В третьей главе предлагаются интерпретационные модели волнового шля и изучаемой среда, учитывающие особенности рассмотренного практического материала. Сейсмическая трасса представлена в Еиде амплитуд белого шума, на фоне которого в момент времени т начинают действовать мешающие параметры

( I)

Где: 1 - соответствует паре источелк - приемник, и - регистрируемое поле.

f()- мешающие факторы (сигнал), действующие с т^ Nj - амплитуды типа белого щума. - отождествляется с временем регистрации первых вступлений. Согласно работе C.B. Гольдина, для получения унимодального критерия вместо Фззоеого просленивания моеэт быть использовано энергетическое. По этой причине в работе предлагается использовать гфитерий Романовгафго при оцеике гипотез о наличии сигнала

Т-1 Т2-2 ж 2(7-7-2) ^т—в,.; от= I-1—£--( 2)

Еде: Ф^." критерий йппера.

~ да0110?0™ амплитуд в анализируемых выборках. 71,72 - чиаао степеней свобода. Значение критерия Романовского Н>3 указывает на присутствие сигнала цри заданной 5% вероятности пропуска. Для нахождения времени вступления решается задача поиска его максимума. Взаимное положение шборок емшштуд связывается о формой

выделяемого сигнала при построении оптимального критерия обнарукешя (для мднимзльнофазоЕого представления' - смежные выборки). Оценка погрешности выделения вступления вычисляется по форглуле, предложенной К.Аки:

о --1 ( 3)

и V log^l+SVir)

Где: W - основная частота сигнала.

s2/!!2 - отношение анергии сигнала к анергии помех:.

Далее предполагается, что ошибки выделения обусловлены многими факторами и имеют распределение, подчкнящееся нормальному закону. Это позволяет создать многоканальную процедуру оценки кинематических параметров волн Т= i , основывающуюся на минимизации следующего функционала

min 9 I (x.-D^ßd-Tn)2 ( 4)

1-1 х и

Где: Тд- кинематические параметры. Tg- начальное приближение. ß - параметр регуляризации.

Оценка по методу наименьших квадратов зависит от значений т, через выборочное среднее ц. . Заметим, что цри прослеживании волн область анализа трассы ограничивается узким окном для исключения модельных . и ураганных помех. В случае несовпадения центра окна с центрам распределения невязок получаем несимметрично усеченное распределение z смещеввые оценки параметров (C.B. Гольдан). Предлагается адаптивная процедура изменения положения окна прослеш'вания для совмещения его центра с центром распределения невязок.

а^^+дт1; Дх1^ 2 Лт^х^-а1; ( 5)

Где: i - номер шага уточнения.

а1- оцента среднего на i-м шаге по формула ( 4). т^- невязка.

Так как цельв поиска является максимум функции, сглаженной на базе равной величине окна, то устойчивость обнаружения

-ю-

глобального экстремума в случае помех будет заЕзееть от Ев личины выбранного окна. По этой ге причине введен параметр регуляризации в ( 4). Сериальное совпадение функционалов, минимизируемых при рвшешга задач прослеживания волн и ецэша параметров модели среды, позволило разработать единый процесс решения и рассмотреть его но простом численном пржерэ (Рзс.I).

Прямая задача (вычисление времен регистрации прямой и головней волн) для обработки реальных данных решается нэ осизввнии формул ( 6) и ( 7) (Рис.2а).-

(пра i < з)

Гдэ: т. •- npc!2i пробега голепгой нолпз от источника i к ппиетл-

НЕКу J.

АУ - расстояние мецд7 узлига сетгсз.

aí,b-¿~ DXa глУбПЕЫ в точках взразз и пргатга соответственно. V1 - скорость распространения ЕОЛЕи 3 слсэ. ?2 - скорость распространения волны вдоль границы. (3 - критический угол падения луча. akjk+1 - угол наклона границы мезду к и к+1 узлом.

- 5:11ЛАааГ™7

Чз-I-(7)

. (при i<j)

Где: т1Гнрз:'л пробега прелой волны от источника i i: праз:л-ннку j

Да -разность отметок рэльефэ в точках k а &+1

Енбранная ез трэх рассмотренных на ftrc.2 модель ерэгд (Параметры хранятся в узлах равномерной ш линии наблюдения сетки) позволяет учесть все пэречислевниз в предндупдх главах особенности реальной ВЧР и рассчитать юпоиатжу волзч наблвдаемых на голевых сейсмограммах.

Решенив обратной задета в статистической постановка

РИ0.1 Последовательное (от О до 7) уточнение положения окна на сейсмических трассах при прослеживании волн.

At - величина смещения среднего при усечешш распределения

согласованных максимумов волны. ¿V - смещение оценки скорости после решения обратной задачи ЛИ - смещение оценки глубины после решения обратной задачи

Модель: +

Рис.2 Траектории лучей головных воля в моделях: а) плоские границы

<3) произвольная поверхность наблюдения

в) параметры (А,Ь,7) заданы в узлах равномерной сетки

-13-

осуществляется адаптивным методом, предложенным В.А. Кочневым.

а2(к+1)= 7(к+1) а2(к) ( Э)

Где А?. = тг± -

у" '- прогнозное значение параметров на к-м шаге. 1,3 - номер уравнения и неизвестного соответственно. Коэффициенты а^ и 7. выбираются таким образом, чтобы оптимизировать процесс изменения невязки и ее дисперсии от итерации к итерации. Мшимизитруемая целевая функция имеет вид:

П .2 2

1Д1П 9

(Ах.-р.)" пЙ

-—I д ■ + Ъ-% (10)

а2. Ч.

XI из

Где Дх^ - невязка прогноза.

1 - невязка, обусловленная 1-м неизвестным. о| - дисперсия параметра.

Новизна реализации заключается в том, что решаемая система содержит уравнения, связывающие времена регистрации прямой и головной волн с параметрами модели среды. Решение находятся численно.

Исследование свойств метода проведено с использованием математического моделирования. Отмечается повышение точности обработки при введении дополнительной информации об оцениваемых параметрах модели. Приводится пример, иллюстрирующий сравнение результатов поиска решения адаптивным методом, методом Качмака и оценку параметров методом встречных годографов. По итогам исследования делается вывод о работоспособности и вычислительной эффективности адаптивного метода.

Четвертая глава посвящена одному из наиболее трудных этапов исследовательских работ - созданию проблемного математического обеспечения электронно-вычислительных машин. Основная задача заключалась в составлении программ, обеспечивающих наиболее удобную технологию интерпретации данных. Для этого использовались возможности, предоставляемые новыми алгоритмами, сейсмической обрабатывающей системой и архитектурой ЭВМ. Работы проводились при поддержке инженерного центра Теосеть-Сибирь".

Существующие Еерсии прграшы на ЭВМ БЗСМ-6.ЕС 1010, СС~2СОО вписаны в сейсмические обрабатывающие системы и поддераиЕЭЕт пакетный и интерактивный резкими обработки данных. Основные элементы структуры программы базируются на предложенных алгоритмах прослеживания волн и оценки параметров модели ВЧР. Они акругены вспомогатзлышмя процедурами, организующими потоки информации. В качестве примера рассмотрены выполняемые программой для ЭЕЯ ПС-2000 Функции преобразования данных:

1. Зкэрмирование и преобразование информации, хранящейся з локальной базе данных ВЧР.КзтарзктттБгчй редактор содержит:

а) Справочник.

б) Табличной редактор.

в) Редактор изображений.

2. Решение прямой задачи для прямой и головной волн.

3. ПрослваяввЕпв первых вступлений на сейсмографах с использованием энергетических и амплитудных критериев. При интерактивной обработке возмозкз два реяизлз рсСстп прсгра*с.с1:

а) Автоматическое прослегявнниа.

б) Интерактивное редактирование.

4. Реиештэ ойратЕСй 1,^езг.:з,пп:зс:ссЗ задзчп итерзцгонно-статистпческям (адаптивным) методом.

5.Расчет и ебод статических поправок, получзееых замещением неоднородного слоя и переходом к линии приведения.

Совмещение автоматической и интерактивной обработки данных, новые алгоритмы позволили создать систему с высокой степенью автоматизации процесса интерпретации.

В пятой главе разработанный математический аппарат и программное обеспечение исследуется на практическом материале разной степени сложности по ряду сейсмических профилей, расположенных в районах работ Богучанской (ЕГЗ), Барской (ЕорГЭ), Катангской (КГЭ) геофизических экспадшпЗ. Приведено сравнение полученных оценок статических поправок и результатов их учета »а спектры скоростей, суммарные разрезы ОГТ до и после коррекции остаточных поправок с данными по стандартным графам обработки к КМПЗ. Качество решения контролировалось по внутренним относительно метода (среднее и дисперсия невязок времен) и внешним критериям (увеличении отношения сигнал/помеха повышению динамической выразительности и коррелируемости волн.

Рис.з ВРЕМЕННЫЕ РАЗРЕЗЫ О АПРИОРШШ СТАТИЧЕСКИМИ ПОПРАВКАМИ.

А..В - Ручная обработка первых вступлений в отраженных волн. Б,Г - Адаптивный алгоритм обработки первых вступлений.

отраженных от целевых горизонтов, на суммарных разрезах л Есех неполнократннх волн скоростных спектров) Рпс.З.

При разработка методам интерпретации первых ЕступлензД внимание уделялось выбору параметров начального прпблияеняа (скоростей распространения золя,положению прзломллащеЗ гр'лпцц и дисперсий этих параметров), управляющих парЕмзтрсз и крггэрпям оценки качества. Основном приемом, предлагаемым к использсзашта, является итеративное моделирование.

По результата:.! обработка производственных данзмх сделана следующие ЕЫВОДН:

1. Предлагаемый пакет программ и методика обработки позволяют качественно резать поставленные задачи в условиях сложного строения ВЧ? различных типов и существенно пошагав? автоматизацию процесса.

2. В результате обработал могэт Сыть получена новая (по сравнения со стандартным графом) информация, Еыразсагцаяся в повышении точности оцешаззогшл. параметров п их представления в епдэ карт п графиков.

3. Сопоставление статических поправок, определенных по приповерхностным и глубокая горизонтам, подтверздЕет приуроченность нэоднородностей к ЕЧР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основная задача работы - прослеживание сейсмических волн с оценкой параметров модели среди, решается адаптивным методом. Показаны преимущества такого подхода на результатах численного моделирования и обработки производственного материала ПГО "Енисейгеофизика". Во первых, включение в решение априорной информации положительно сказывается на устойчивости получаемых оценок параметров в обратной кинематической задаче и задаче прослеживания волн. Во вторых, использование поступающей во время решения информацли позволяет реализовать связи между различными процессами (прослеживание волн и оценка параметров модэли среды) и оперативное управление ими (интерактивный контроль). Это особенно важно в случав острой недостаточности априорной информации. В третьих, локальная целевая функция существенно уменьшает вычислительные затраты решения. При

обработке больших объемов производственных данных этот факт становится очевидным достоинством. И, наконец, гибкость адаптивных алгоритмов позволяет надеяться на возможность создания не только отдельных адаптивных процедур, но и целых комплексов обработки геофизической информации. На наш езгляд ближайшие перспективные направления исследования - анализ спектрального состава прослеживаемых волн (это даст дополнительный критерий их разделения) и разработка многослойной модели среда для извлечения информации о совокупности мелких и глубоких границ.

Кратко перечислим основные результаты работы.

1. Цредложена интерпретационная модель среда параметры которой определятся в узлах равномерной по горизонтали сетки. Расстояние между узлами соответствует размеру однородных блоков и равно расстоянию между пунктами приема на профиле. Такая модель наилучшим образом аппроксимирует ВЧР западной части Сибирской платформы и позволяет проводить обработку полевых данных со сложной формой годографов первых вступлений, обусловленной латеральной изменчивостью приповерхностной части среды. Для этой модели разработаны и исследованы численные методы решения прямой задачи.

2. Решена обратная задача, которая сводится к оценке tQ, V1 и Y2 в кавдом узле сетки по первым вступлениям прямой и головной волн. Применен и исследован адаптивный метод особенностью которого является последовательное уточнение параметров модели по невязке между прогнозным и реальным временем регистрации волны методом максимума правдоподобия.

3. Разработан и исследован метод прослеживания сейсмических волн в первых вступлениях на основе анализа огибающей амплитуд сигнала и предложен способ выбора оптимальных параметров для построения критерия. Впервые разработан адаптианый метод настройки временного окна на прослеживаемые волны, позволяющий избежать смещения оценок при последующем решении обратной кинематической задачи. Рассмотрена возможность использования единого с ОКЗ целевого функционала и построения рекурсивной процедуры прослеживания волн с уточнением параметров модели среды.

4. Создано программное обеспечение ЭВМ реализующее рассматриваемый метод для обработки производственных материалов. Его особенностью является автоматизация процесса интерпретации за счет слияния в единую процедуру алгоритмов про сдваивания волн и решения обратной кинематической задачи. Организовано интерактивное управление данными дополняющее набор формальных процедуры принятая решений опытом геофизика.

5. На основе анализа результатов математического моделирования и обработки большого объема производственных данных изучены особенности предложенного метода и даны методические рекомендации по использованию программных средств в разных условиях.

Основное содержание диссертации опубликовано в следуних работах:

1.К0ЧНВВ В. А. Антоненко A.B. Рекурсивное уточнение параметров двухслойной модели среды по годографам преломленных Еолн//Проблемы нэфти и газа Тюмени. -Тюмень,1933.-Вып.£0. -С.59-62.

2.Антоненко A.B. Метод коррекции статических поправок по первым вступлениям прямых и голоеных еолн. -Препринт/ВЦ СО АН СССР J52.,-Красноярск. ,1985.-0. 27-28.

3.Ночнев В.А. Антоненко A.B. Игошкин В.П. Использование адаптивных алгоритмов определения статических поправок //.Разведочная геофизика.-М.:Недра,198в.-Вып.103.-С.З-9.

4.Антоненко A.B. Кочне в В.А. Барвинка В.М. Карата: В.М. Коцук Е.П. Опыт использования адаптивного метода для рзссчота априорных статических поправок по первым вступлениям//3яспрэсс информация ВИЭМС./Разведочная геофизика.-Ii. :Нэдрз,1587.-Вып.I. -G.II-I4.

5.Антоненко A.B. Кочнев В.А. Шэтод адаптивного просле-етвания волн в первш. вступлениях и сцэнкд по ним статических поправок.-Дел. в В'ЛНКГЛ научная работа и 4264-BS7 -M.I987.-24 с.