Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Корреляционная методика прогноза геологического разреза и улучшение прослеживаемости волн в методах ВСП и ОГТ

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Копчиков, Алексей Владимирович

Введение

Общая характеристика работы

Актуальность темы Цель работы

Основные задачи исследования Научная новизна Защищаемые положения Практическая ценность Личный вклад Реализация на производстве Апробация работы

Метод вертикального сейсмического профилирования (ВСП)

Принципиальные особенности метода BCII

Методика BCII

ВСП в процессе бурения

Метод общей глубинной точки (ОГТ)

Общие сведения Типы расстановок

Корреляционный анализ временных рядов в сейсмических исследованиях

Функции автокорреляции и взаимной корреляции и их свойства

Решение обратной динамической задачи ВСП с использованием автокорреляционных функций

1. Обратная динамическая задача ВСП

2. Математическая постановка одномерной обратной динамической задачи ВСП

3. Обоснование метода решения одномерной обратной динамической задачи ВСП по автокорреляционным полям исходных данных

4. Алгоритм метода

5. Модельный эксперимент, описание модели, результаты, оценка эффективности метода

Постановка задачи моделирования Модель среды и система наблюдений Методика обработки Результаты модельного эксперимента

6. Применение метода для обработки реальных данных ВСП

7. Перспективы применения метода решения обратной динамической задачи ВСП с использованием полей автокорреляций для обработки данных ВСП ПБ

Метод выделения волн с использованием весового накапливания на основе корреляционных признаков для оценки формы сигнала

1. Задача и роль процедуры селекции волновых полей

2. Распространенные методы селекции волновых полей

Последовательное вычитание помех (ПВП) Медианная фильтрация

3. Выделение волн с использованием весового накапливания на 71 основе корреляционных признаков для оценки формы сигнала

Алгоритм выделения волн Алгоритм вычитания волн Сглаживание ампли туд до вычитания

4. Модельный эксперимент, описание модели, результаты, 78 оценка эффективности метода

5. Методика эффективного разделения волновых полей с 89 сохранением истинных динамических характеристик выделяемых волн

6. Применение метода для разделения реальных волновых полей 90 ВСП

Метод "ПОЛИКОР" для оценки и коррекции статических сдвигов, а также контроля качества исходных записей при обработке ОГТ

1. Системы наблюдений при проведении работ наземной 98 сейсморазведки

Выбор системы наблюдений Наблюдения по методу ОГТ

Изображение систем наблюдений на обобщенной плоскости

2. Задачи оценки и коррекции статических сдвигов при 103 обработке данных ОГТ

Обработка данных метода ОГТ

Расчет и коррекция статических поправок

3. Метод "ПОЛИКОР" для определения статических сдвигов

4. Модельный эксперимент, описание модели, результаты, 112 оценка эффективности метода

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Корреляционная методика прогноза геологического разреза и улучшение прослеживаемости волн в методах ВСП и ОГТ"

Общая характеристика работы

Метод вертикального сейсмического профилирования (ВСП) Метод общей глубинной точки (ОГТ)

Корреляционный анализ временных рядов в сейсмических исследованиях

За последние десятилетия сейсморазведка как метод поисков и детального изучения месторождений полезных ископаемых и, прежде всего, нефти и газа стремительно развивалась, превратившись в отдельную подотрасль промышленности. Сейсмические методы находят активное ® применение на всех стадиях геологоразведочного процесса, начиная от регионального изучения перспективных территории и кончая мониторингом разработки месторождений.

Во введении будут рассмотрены основные аспекты и особенности сейсмических методов разведки: метода вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и метода общей глубинной точки (ОГТ); сказано о роле аппарата корреляционного анализ временных последовательностей в + применении к сейсмическим исследованиям и решаемым с его помощью задачах, а также сделан краткий обзор работы и приведены ее основные А положения.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Развитие компьютерной техники оказало сильное влияние на самые разные области науки. Анализ временных рядов в настоящее время получил широкое распространение, по широте своих приложений, уровню исследовательской активности и особенно количеству публикаций. Одним из важнейших инструментов исследования временных рядов в сейсмике является корреляционный анализ. Авто- и взаимно корреляционная функции играют центральную роль в задачах, связанных с построением оптимальных и предсказывающих фильтров. Взаимно корреляционная функция лежит в основе эффективного и очень широко используемого метода оценивания сходства двух временных рядов на фоне шума, а нормированная функция взаимной корреляции широко используется в ряде областей обработки сейсмических данных, включая анализ скоростей и коррекцию статических поправок.

Рассмотрим три применения корреляционного анализа в методах обработки сейсмических данных.

1. Метод вертикального сейсмического профилирования (ВСП) представляет собой перспективное направление в скважинной геофизической разведке. Система наблюдений ВСП обеспечивает трехкомпонентную регистрацию, а методика обработки - качественное разделение всех типов волн. ВСП предоставляет возможность деконволюции по форме прямой волны, а также достоверной оценки опорной скоростной модели среды по кинематическим параметрам продольных и поперечных волн, зарегистрированных из разных пунктов возбуждения [28, 31]. Метод ВСП успешно используется в задачах увязки данных наземной сейсморазведки и ГИС, прогнозирования геологического разреза ниже забоя скважины и детального изучения околоскважинного пространства. Менее исследована проблема восстановления геологического разреза выше интервала расположения сейсмоприемников, а также задача определения параметров среды в схеме ВСП с глубинным расположением источника. Особый интерес представляет случай источника с неизвестными временными характеристиками, какими, например, являются колебания, возбуждаемые долотом при бурении скважин [3].

Обратные динамические задачи метода ВСП полностью решены и практически используются только для одномерных сред. Решение одномерной обратной динамической задачи ВСП осуществляется методами оптимизационной динамической инверсии отраженных волн в интервале наблюдений, ниже интервала наблюдений и вверх до дневной поверхности. В результате может быть получено распределение акустических импедансов в масштабе времен и глубин.

Анализ корреляционных полей сейсмических трасс ВСП позволяет утверждать, что в них содержится необходимая информация для изучения и прогнозирования геологического разреза вдоль скважины. При этом оказывается, что на основе корреляционных полей в схеме с поверхностным источником можно восстановить сейсмический разрез как ниже, так и выше уровня расположения регистрирующих датчиков [4, 14, 16, 17, 18]. Более того, задачу прогнозирования геологической среды удается решить также и в случае источника, расположенного на глубине. Таким источником может служить, долото бура, что позволяет осуществить обработку данных ВСП в режиме мониторинга процесса бурения. Внедрение подобного мониторинга при бурении скважин может оказаться весьма эффективным в связи с все более широкой разработкой наклонных и горизонтальных скважин [3]. Обращенное ВСП с использованием в качестве источника колебаний работающего бурового долота может оказаться вполне конкурентоспособным по сравнению с другими технологиями, предлагающими усложнение конструкции бурового инструмента, вторжение в процесс бурения, либо имеющими существенные ограничения со стороны параметров разреза [35].

Приведенные факты подчеркивают актуальность создания метода изучения и прогнозирования разреза, использующего автокорреляционные поля ВСП в качестве исходных данных.

2. Селекция волновых полей по заданным кажущимся скоростям является ключевой процедурой обработки сейсмических данных для оценки параметров продольных и поперечных падающих и восходящих волн. Поля падающих волн используются для вычисления продольных и поперечных сейсмических скоростей, а также оценки поглощающих свойств среды. Восходящие волновые поля используются для получения изображений ВСП-ОГТ и привязки сейсмических отражений к данным каротажа.

Результаты селекции в значительной мере определяют эффективность дальнейшей обработки. Низкое качество селекции приводит к высокому уровню проекций волн-помех в каждом из выделенных направлений, что осложняет решение поставленных геологических задач.

Селекция выполняется по признакам направления распространения, частоты и поляризации. Наиболее общим подходом к решению задачи выделения волн является оптимальная векторная многоканальная фильтрация. Однако ее практическое применение ограничено сложностью задания всех необходимых параметров - приращений времен, амплитуд и поляризаций, оценка которых сама является задачей анализа. Другим обычно используемым подходом является применение адаптивных итеративных систем [25], основанных на выделении волн, определении их параметров (скорости, амплитуды, поляризации, формы волны) и вычитании. После вычитания всех значащих волн производится итеративное уточнение их параметров. В результате этой процедуры не только выделяются отдельные волны, но и проводится оценка динамических и кинематических параметров.

На качестве процедуры селекции волн с заданными кажущимися скоростями, прежде всего, сказывается наличие интенсивных помех в исходных волновых полях. Распространенные методы выделения волн, включающие алгоритмы линейного и весового суммирования эффективно подавляют случайные шумы, но чувствительны к регулярным помехам. В частности метод медианной фильтрации искажает спектр выделенной волны, внося в сигнал высокочастотные шумы [20, 21].

Все это определяет актуальность разработки алгоритмов, повышающих устойчивость процедуры селекции при работе с волновыми полями, характеризующимися низким отношением сигнал/шум и осложненными регулярными помехами.

3. Метод общей глубинной точки (ОГТ) [55], предложенный как эффективное средство ослабления многократных волн, в процессе своего развития позволил выявить важные для сейсморазведки преимущества системы многократных перекрытий, обеспечивающей решение таких задач как определение скоростной модели среды на базе регулируемого направленного суммирования сейсмограмм ОГТ и временных разрезов ОГТ [22]. На основе найденных по данным ОГТ значений скоростей возможно определить геометрию границ раздела и произвести оценку физических свойств пород. Широкое развитие получили способы преобразования сейсмической записи ОГТ в глубинные разрезы с сохранением динамических характеристик. А комплексное исследование данных поверхностных и скважинных наблюдений [7] позволяет тщательно изучать характер волнового поля, что во многом способствует правильному выбору параметров полевых систем наблюдений, а также алгоритмов для оптимального решения геологических задач.

Одной из основных при обработке данных ОГТ является процедура коррекции статических поправок. Неучет искажающего влияния зоны малых скоростей (ЗМС) на форму годографа регистрируемых волн, а также рельефа местности вдоль линии наблюдения отрицательным образом сказывается практически на всех дальнейших этапах обработки и интерпретации.

При оценке статических поправок в методе ОГТ, как правило, используется четырехфакторная модель временных сдвигов, учитывающая кинематические сдвиги, сдвиги за наклон горизонтов, а также поправки за пункт возбуждения (ПВ) и пункт приема (ПП). Стандартный общепринятый подход к решению задачи оценки статических поправок заключается в расчете относительных сдвигов между трассами и решении системы уравнений, обеспечивающей разделение факторов и определение поправок за ПВ и ПП.

Совместное влияние четырех факторов на сдвиги между сейсмическими трассами нередко приводит к неустойчивости получаемых решений и, как следствие, необходимости проведения дополнительных итераций. Сходимость же такой процедуры напрямую зависит от качества исходного материала (отношение сигнал/шум) и величин исходных статических сдвигов [14,15,19].

В данном контексте актуальной является разработка неитеративного метода коррекции статики, обеспечивающего независимое определение статических сдвигов за ПВ и ПП в рамках указанной четырехфакторной модели временных сдвигов.

Цель работы

Разработка алгоритмов и программ, основанных на корреляционном анализе, предназначенных для повышения эффективности обработки сейсмических данных в методах ВСП и ОГТ, включающих изучение и прогнозирование разреза по данным ВСП, выделение волн с заданными кажущимися скоростями в условиях интерференции и низкого отношения сигнал/шум, а также определение статических поправок за ПВ и ПП при обработке данных ОГТ.

Основные задачи исследования

1. Разработка метода изучения и прогнозирования разреза по данным ВСП, основанного на использовании автокорреляционных функций

2. Разработка метода выделения волн по заданным кажущимся скоростям с использованием корреляционных признаков для оценки формы сигнала

3. Разработка алгоритма и программы определения статических поправок в методе ОГТ с использованием корреляционного анализа

4. Оценка эффективности разработанных алгоритмов и программ на модельных данных

5. Опробование разработанных алгоритмов для обработки реальных данных

Научная новизна

1. Разработан метод решения одномерной обратной динамической задачи ВСП по автокорреляционным полям исходных данных

2. Предложен метод выделения волн на основе весового суммирования, не искажающий спектральные и динамические характеристики выделяемых волн, а также обладающий устойчивостью к регулярным помехам

3. Создан неитеративный метод коррекции статических сдвигов в исходных сейсмограммах ОГТ, не требующий предварительной оценки скоростного разреза и позволяющий определять статические поправки за ПВ и ПП независимо друг от друга и от величин своих исходных значений ("ПОЛИКОР")

Защищаемые пололсения

1. Обработка полей автокорреляций исходных сейсмограмм ВСП позволяет эффективно решать обратную динамическую задачу с целью оценки акустического импеданса изучаемого разреза

2. Весовое накапливание на основе корреляционных признаков для оценки формы сигнала при селекции волновых полей обеспечивает эффективное выделение полезных волн в условиях сильной интерференции и присутствии интенсивных помех различных типов

3. Метод "ПОЛИКОР" для коррекции статических сдвигов является эффективным инструментом определения статических поправок за ПВ и ПП при обработке данных ОГТ

Практическая ценность

1. Разработанный комплекс программ используется в специализированном пакете обработки сейсмических данных "ЮНИВЕРС" для решения обратной динамической задачи ВСП

2. Обработка корреляционных сейсмических полей существенно повышает перспективы высокоразрешенного прогнозирования разреза ниже забоя скважины по шумам долота, а также позволяет осуществлять мониторинг при бурении скважин, что актуально в связи с разработкой наклонных и горизонтальных скважин

3. Предложенный алгоритм выделения волн, включенный в комплекс "ЮНИВЕРС", обеспечивает повышение качества селекции сейсмических волновых полей в условиях интерференции и низкого отношения сигнал/шум и активно используется в производственном цикле обработки данных ВСП

4. Разработана программа для коррекции статических сдвигов в исходных данных ОГТ методом "ПОЛИКОР", включенная в пакет обработки сейсмических данных "ЮНИВЕРС"

5. Метод "ПОЛИКОР" обеспечивает контроль качества исходных записей ОГТ путем выявления трасс и сейсмограмм, непригодных для дальнейшей обработки

Личный вклад

1. Разработан алгоритм и написаны программы для решения одномерной обратной динамической задачи ВСП по автокорреляционным полям исходных данных

2. Проведено исследование эффективности алгоритма выделения волн по заданным кажущимся скоростям, реализующий метод весового суммирования с использованием корреляционных признаков для оценки формы сигнала

3. Разработан алгоритм и написана программа, реализующая метод определения статических поправок в исходных сейсмограммах ОГТ "ПОЛИКОР"

4. Произведено опробование предлагаемых методов на модельных и реальных данных и сделаны заключения об эффективности и устойчивости рассматриваемых подходов, а также определены границы их применения

Реализация на производстве

Разработанные программы включены в интегрированную систему обработки и интерпретации геолого-геофизических данных "ЮНИВЕРС", применяемую в производственном цикле геолого-геофизических исследований компаниями ОАО "Сургутнефтегаз", ЗАО "Тюменьпромгеофизика", ОАО "Славнефть", ОАО "Самаранефтегеофизика", а также CNPC - BGP Research and Development Center.

Апробация работы

Основные результаты проведенных исследований, изложенные в работе, докладывались на конференциях "Гальперинские чтения" (Москва,

2002-2005), "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 2003, 2005), "Молодые -наукам о Земле" (Москва, 2006), международных геофизических конференциях SEG, EAGE и ЕАГО (Москва, 2003) и "Геофизика" (Санкт-Петербург, 2005), а также опубликованы в журнале "Технологии сейсморазведки" (№1, 2004).

Метод вертикального сейсмического профилирования (ВСП)

Принципиальные особенности метода ВСП

ВСП - метод скважинных, околоскважинных и межскважинных ^ сейсмических исследований в сейсморазведочном диапазоне частот, предназначенный для решения геологических, методических и технологических задач на различных этапах геологоразведочного процесса с целью повышения геолого-экономической эффективности разведки и эксплуатации месторождений. Метод основан на экспериментальном изучении процесса распространения сейсмических волн во внутренних точках реальных сред. ВСП включает в себя любые сейсмические Ш наблюдения, когда один из двух элементов (источник возбуждения или приемник упругих колебаний) размещается или передвигается в стволе ф скважины, а второй - располагается на дневной поверхности или в другой скважине [8]. Схема проведения работ ВСП изображена на рис. 1. Разведочные возможности метода ВСП основаны на том, что он позволяет экспериментально изучать весь процесс формирования волновой ситуации: от возбуждения сигнала в источнике и исследования влияния на волновое поле различных элементов разреза, до определения природы регистрируемых волн, осуществления стратиграфической привязки и т.д.

Рис. 1. Схема проведения работ ВСП

Ниже приводятся принципиальные особенности метода ВСП [8].

1. Изучается не только сформировавшееся волновое поле, наблюдаемое на дневной поверхности, но и сам процесс его формирования. Одновременно выделяются, прослеживаются и изучаются волны разных типов и классов (прямые, отраженные, кратные, преломленные, продольные, поперечные и обменные), возбуждаемые в источнике и образовавшиеся на неоднородностях среды.

2. В отличие от большинства традиционных геофизических (электрических, акустических и др.) измерений в скважинах, изучающих разрез только в ближайшей окрестности ствола скважины, ВСП позволяет исследовать околоскважинное и межскважинное пространство на значительных расстояниях от скважины и в большом диапазоне геологических условий, не только в интервале глубин, вскрытых скважиной, но и глубже забоя.

3. ВСП, будучи одновременно сейсмическим и скважинным методом, находится на стыке наземной сейсморазведки и ГИС (геофизические

16 исследования скважин). Как показывает сравнительный анализ ВСП с наземной сейсморазведкой и ГИС, ВСП позволяет, с одной стороны, достичь разрешенности, близкой к ГИС, при изучении разреза вдоль ствола скважины и, с другой - распространить эти данные на окрестности скважины.

Методика ВСП

Применение метода ВСП для решения геологических, методических и технологических задач обуславливает специфические особенности методики проведения полевых работ. В настоящее время разработан ряд модификаций метода ВСП, позволяющих сделать эту методику оптимальной. Основные модификации метода ВСП изображены на рис. 2.

Системы наблюдений модификаций метода ВСП различаются взаимным расположением точек приема и источников колебаний.

Продольное ВСП (рис. 2а). Стандартная модификация, название которой определяется тем, что в ней удалением пункта возбуждения (ПВ) от скважины можно пренебречь по сравнению с глубиной приема. Используется для определения средних, пластовых и интервальных сейсмических скоростей, с целью изучения волнового поля и стратиграфической привязки волн, изучение их затухания, для расчета операторов фильтра при деконволюции записей наземной сейсморазведки и ВСП, а также для опережающего прогноза акустической жесткости и пористости отложений ниже забоя скважины.

ВСП в наклонных скважинах (рис. 26). Модификация метода ВСП, которую проводят на вертикальных (центровых) лучах, перемещая источник колебаний вдоль земной поверхности, а приемник вдоль ствола скважины таким образом, чтобы они всегда находились на вертикальной линии. Применяется для решения большинства задач продольного ВСП в вертикальных скважинах, а также для изучения околоскважинного пространства при помощи разрезов, протяженность которых в плане близка к длине проекции ствола скважины на земную поверхность. Разрезы, полученные таким образом, отличаются высокой разрешенностыо и достоверностью.

Непродольное ВСП (рис. 2в). Модификация метода, в которой недопустимо пренебрежение удалением фиксированного ПВ от скважины по отношению к глубине точки приема, перемещающейся в процессе обработки скважины. Используется для решения структурных, параметрических и литолого-стратиграфических задач, а также при решении таких методических задач наземной и скважинной сейсморазведки, как изучение волнового поля и характеристик направленности источников сейсмических колебаний.

ВСП-ОГТ (рис. 2г). Модификация ВСП, применяемая в районах с высоким уровнем кратноотраженных волн, либо слабоконтрастными целевыми границами, получила широкое распространение как система наблюдений, реализующая многократное перекрытие изучаемых объектов. В данной модификации вертикальный профиль или отдельные его интервалы обрабатывают из совокупности ПВ, обеспечивающих многократное перекрытие элементов отражающих границ, включая суммирование по ОГТ.

Уровенное ВСП (рис. 2д). Модификация, предусматривающая фиксированное положение зонда в скважине и перемещение ПВ вдоль горизонтальных профилей, пересекающих скважину или, в случае искривленной скважины, - проекцию на земную поверхность интервала скважины, содержащего точки приема. Существует также многоуровенное ВСП, при котором фиксированных интервалов глубин несколько и расположены они, как правило, под кратнообразующими границами.

ВСП с подвижным источником колебаний (рис. 2ё). Для данной модификации метода ВСП местоположение зонда, при его движении снизу вверх, а также перемещение ПВ относительно скважины изменяются одновременно, обеспечивая максимальное освещение околоскважинного пространства отраженными волнами.

ВСП в процессе бурения

При обращенном ВСП возбуждение колебаний проводят в скважине, а регистрацию на земной поверхности.

Использование работающего бурового долота в качестве источника сейсмических колебаний позволяет реализовать обращенное ВСП непосредственно в процессе бурения (ВСП ПБ) без каких либо значительных помех этому процессу, но, напротив, с существенным приростом оперативной информации, необходимой для его оптимизации [8]. Схема проведения работ методом ВСП ПБ изображена на рис. 3.

В методе ВСП ПБ информативной является нестационарная широкополосная часть сигнала, которую в наименее искаженном виде требуется зарегистрировать в качестве опорного сигнала для последующего формирования взаимной корреляции с записями сейсмоприемников.

В задачи, решаемые ВСП ПБ входят контроль режима бурения, а также проведение мониторинга в процессе бурения вплоть до достижения максимальной глубины забоя.

Первичный сигнал

Отраженный сигнал

Датчик на вертлюге

Буровое долото 1 Массив наземных

Л ' ^ "Ч приемников о* j -о

Рис. 3. Геометрия наблюдений и корреляционная обработка, применяемые для метода ВСП ПБ

Метод общей глубинной точки (ОГТ)

Общие сведения

Метод общей глубинной точки (ОГТ) является одним из основных методов сейсмической разведки на нефть и газ. Разработка метода ОГТ явилась следствием многочисленных исследований в области селекции сейсмических волн, а также внедрения в сейсморазведку аппаратуры с воспроизводимой записью.

Метод ОГТ позволяет решать задачи выделения однократно-отраженных волн на фоне регулярных (многократные, обменные, преломлено-дифрагированные волны) и нерегулярных помех. В большинстве районов разведки наиболее серьезной помехой являются многократно-отраженные волны. Их влияние на формирование сейсмической записи растет с увеличением времени регистрации [22]. Традиционный метод однократного профилирования MOB, находящийся у истоков наземной сейсморазведки, с годами был вытеснен методом ОГТ из-за необходимости резкого увеличения глубины исследования, что связанно с прослеживанием полезных однократно-отраженных волн на больших временах (t > 3 - 4 с).

Специфическими особенностями метода ОГТ являются направленность системы наблюдений и статический эффект суммирования записей. Сейсмические колебания возбуждаются в п источниках и регистрируются т точками приема, расположенными таким образом по отношению к источникам, чтобы при условии горизонтального залегания границ раздела выполнялась регистрация отраженных волн от общей для каждой границы раздела точки. Затем при обработке, после ввода статических и кинематических поправок сейсмическая запись суммируется. Поскольку кинематические поправки определяются на основании приращений времен годографов полезных волн, оси синфазности последних трансформируются в линии /= const, что обеспечивает суммирование колебаний без фазовых сдвигов. Регулярные волны-помехи отличаются по кинематическим характеристикам и при суммировании с фазовыми сдвигами ослабляются.

В методе ОГТ применяют большие расстояния между пунктами возбуждения и приема, что обусловлено незначительным различием кажущихся скоростей интерферирующих однократных и многократных отраженных волн. К точности оценки статических и кинематических поправок и идентичности суммируемых сигналов предъявляют высокие требования.

Развитие теории метода ОГТ позволило выявить ряд важных достоинств многократного профилирования. В первую очередь это относится к возможности определения скоростной модели среды на базе регулируемого направленного суммирования сейсмограмм ОГТ и временных разрезов ОГТ [22]. С использованием значений скоростей, полученных по данным ОГТ, определяется геометрия границ раздела и производится оценка физических свойств пород. Распространены способы преобразования сейсмических записей ОГТ в глубинные разрезы, при котором сохраняются динамические характеристики исходных полей.

Типы расстановок

В методе ОГТ осуществляется так называемое избыточное покрытие, когда каждая отражающая точка регистрируется много раз. Площадное или крестовое покрытие дает возможность измерять компоненты падения пластов как в направлении, перпендикулярном профилям, так и вдоль них [34].

Под расстановкой понимается относительное расположение источников возбуждения и центров групп сейсмоприемников, используемых для регистрации сейсмических сигналов. Основные типы расстановок, используемых в методе ОГТ, изображены на рис. 4.

Симметричная расстановка (рис. 4а) характеризуется тем, что источник расположен в центре линии равномерно распределенных групп приемников. Но с помощью такой расстановки не удается добиться точной увязки по времени соседних записей, так как пункт взрыва не совпадает с центром группы сейсмоприемников. Поэтому группы п/2 и (п/2) + 1 распологают иногда вместе в пункте взрыва или применяют другие модификации. Размещение источника возбуждения вблизи группы приемников приводит к получению сейсмических сигналов, осложненных помехами, из-за чего источник иногда выносят перпендикулярно профилю на 15-20 м.

Рис. 4. Основные типы расстановок метода ОГТ (а - симметричная, б -симметричная с выносом ПВ, в - фланговая, г - фланговая с выносом ПВ, д -непродольная Т-образная, е - крестовая)

На рис. 5. изображена схема наблюдений симметричной расстановки с непрерывным изучением разреза.

Другая широко используемая расстановка носит название фланговой расстановки (рис. 4в). В этой схеме источник возбуждения помещается на одном из концов линии приема. В районах, где особенно сильны поверхностные волны-помехи, источник возбуждения смещается на некоторое существенное расстояние (500-700 м) вдоль линии профиля от ближайшей группы сейсмоприемников. Такая расстановка называется выносной фланговой (рис. 4г). Оставляя пропуск в середине симметричной расстановки получаем выносную симметричную расстановку (рис. 46). Такое размещение также используется для получения больших удалений ПВ до самых дальних групп приемников, если не требуются данные на малых удалениях.

В случае выноса источника возбуждения относительно центра перпендикулярно лини профиля образуется Т-образная расстановка (рис. 4д), в случае же выноса относительно одного из концов профиля - L-образная расстановка. Как продольный, так и непродольный выносы предоставляют возможность регистрации энергии отраженных волн в течение 1-2 с, прежде чем поверхностные волны достигнут приемников расстановки.

Крестовая расстановка (рис. 4ё) состоит из двух взаимно перпендикулярных профилей сейсмоприемников. Такие расстановки применяются для получения трехмерной информации в случае накопленных границ.

Корреляционный анализ временных рядов в сейсмических исследованиях

Функции автокорреляции и взаимной корреляции и их свойства

Авто- и взаимно-корреляционная функция играют центральную роль в изучении временных рядов вообще и в сейсморазведке в частности. Взаимно-корреляционные функции, как правило, используются для количественной оценки подобия между двумя временными рядами, как функции временного сдвига между ними. Автокорреляционная функция является частным случаем взаимно-корреляционной. Она измеряет степень подобия между временным рядом и его сдвинутой по времени копией, как функцию от величины этого сдвига [33]. Функции авто- и взаимной корреляции играют центральную роль в теориях предсказывающей деконволюции и винеровской фильтрации. Взаимно-корреляционная функция лежит в основе эффективного и очень широко используемого метода оценки сходства двух временных рядов на фоне шума. Нормированная функция взаимной корреляции широко используется в ряде областей обработки сейсмических данных, включая анализ скоростей и коррекцию статических поправок.

Корреляционные функции определяются для временных рядов бесконечной длительности, но, поскольку, в сейсмических наблюдениях мы имеем дело с конечными выборками, то далее будем рассматривать выборочные корреляционные функции.

Пусть имеются две временные последовательности х, и yt длинной по N отсчетов. Тогда дискретная автокорреляция rk последовательности xt определяется выражением j N-k-l где черта над x означает комплексное сопряжение, а сдвиг к обычно называют задержкой.

Дискретная взаимная корреляция gk временных последовательностей х, и yt определяется аналогичным образом:

2 N-k-1

N t=о

Заметим, что в приведенных выше формулах временные ряды предполагаются центрированными (то есть имеющими нулевое среднее значение). На практике до вычисления корреляционных функций коррелируемые последовательности центрируют: из них вычитают предварительно подсчитанные выборочные средние. Для вещественных временных последовательностей будем считать, что х = х, а у = у.

Отметим следующие важные моменты:

1. Для вещественных периодических (с периодом N) временных последовательностей гк = гк.

2. Ряд тонких особенностей связан с предположениями, которые принимаются относительно поведения последовательностей xt и у. при / < 0 или i>N-1. В случае бесконечных последовательностей суммирование можно распространить от 0 до N — 1, что иногда и делают. Ограничение верхнего предела значением N-k-l эквивалентно предположению, что при /<0 и i>N-1 значения х1 и yi равны нулю. Предположения, которые приходится принимать на практике, зависят от конкретного применения автокорреляции. Заметим, что корреляция - это не что иное, как свертка с реверсированной во времени последовательностью. Приведенные выше формулы позволяют использовать связь между сверткой во временной области и умножением в частотной области. Однако это требует принять предположение о периодичности последовательностей и yt с периодом N.

3. На практике автокорреляция часто нормируется так, чтобы ее значение при нулевой задержке равнялось единице (одно из свойств автокорреляции состоит в том, что любое ее значение не превышает по абсолютной величине значения при нулевой задержке). Такую функцию называют нормированной автокорреляцией.

4. Если временная последовательность периодична, ее автокорреляция также периодична с тем же периодом. Такие периодичности лучше проявляются на автокорреляции, чем на исходной временной последовательности, осложненной шумом. Это свойство автокорреляции часто используется на практике при обработке сейсмических данных, например для выбора интервала предсказания при подавлении многократных отражений посредством деконволюции. Скрытую периодичность вступлений кратных волн гораздо легче увидеть на автокорреляционных функциях.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Копчиков, Алексей Владимирович

Основные результаты работы:

1. Получено решение одномерной обратной динамической задачи ВСП по автокорреляционным полям исходных данных и дано теоретическое обоснование предложенного метода

2. Программы, разработанные для комплекса обработки сейсмических данных "ЮНИВЕРС", позволяют эффективно решать задачи изучения и прогнозирования разреза, используя поля автокорреляций исходных сейсмограмм ВСП

3. Проведен сравнительный анализ различных методов селекции волн по заданным кажущимся скоростям с методом, представленным в работе, обоснованы достоинства последнего. Показано, что с помощью алгоритма, использующего оптимальное весовое накапливание на основе корреляционных признаков для оценки формы сигнала, удается повысить качество разделения волн в условиях интерференции и низкого отношения сигнал/шум. Рассмотренный метод селекции реализован в виде программы пакета "ЮНИВЕРС"

4. Показана возможность независимой оценки статических сдвигов за ПВ и ПП, а также контроля качества исходных записей ОГТ с помощью разработанного и реализованного в виде программы пакета "ЮНИВЕРС" метода "ПОЛИКОР"

Перспективы

Возможные направления дальнейших исследований:

1. Применение метода решения обратной динамической задачи ВСП с использованием полей автокорреляций для обработки данных ВСП ПБ

2. Опробование метода "ПОЛИКОР" на реальных данных

3. Использование особенностей метода "ПОЛИКОР" для изучения зоны малых скоростей (ЗМС)

Благодарности

Автор выражает благодарность своему научному руководителю, доктору физико-математических наук, профессору РГГРУ Лухминскому Б.Е. за внимание, помощь и поддержку, оказанную автору в процессе подготовки данной работы.

Автор выражает признательность и благодарность начальнику отдела ВСП ОАО "ЦГЭ" Табакову А.А. как основоположнику идей, впоследствии развитых автором и составляющих неотъемлемую часть данной работы.

Заключение

Итоги

Перспективы Благодарности

Итоги

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Копчиков, Алексей Владимирович, Москва

1. Баев А.В. ДАН, Т. 315, №5, 1103-1104,1990.

2. Баев А.В. ЖВМиМФ, №1, 140-146, 1985.

3. Баев А.В., Табаков А.А. Решение обратных задач сейсмопрофилирования и мониторинг при бурении скважин. ДАН, Т.324,№1,С. 73-76, 1992.

4. Баев А.В., Табаков А.А., Солтан И.Е., Копчиков А.В. Решение обратных задач ВСП и мониторинг при бурении скважин на основекорреляционных полей. Материалы научно-практической конференции"Гальперинские чтения 2002", 167-170, 2002.

5. Бляс Э.А., Середа В.И. Определение параметров слоистой среды по данным ВСП методом решения обратной динамической задачи.Вестник МГТУ, Т. 1, №1, 53-66, 1998.

6. Воронина Т.А., Чеверда В.А. Оптимизационный подход к обработке данных метода вертикального сейсмического профилирования.Геология и геофизика, №5, 127-139,1994.

7. Гальперин Е.И. Вертикальное сейсмическое профилирование. Москва, Недра, 263, 1971.

8. Гальперин Е.И. ВСП: опыт и результаты. Москва, Недра, 12, 14, 58, 324,1994.

9. Караныш B.C. Снособы определения статических поправок при сейсморазведке. Автореферат диссертации на соискание ученойстепени кандидата геолого-минералогических наук, Московскийинститут нефтехимической и газовой промышленности, 1971.

10. К0ПЧИК0В А.В. Использование корреляционного анализа для повышения эффективности обработки данных сейсморазведки.Материалы научной конференции студентов, аспирантов и молодыхученых "Молодые - наукам о Земле", 155, 2006.

11. Копчиков А.В. Модельные исследования эффективности коррекции статических ноправок в методе ОГТ по системе "ПОЛИКОР". Тезисыдокладов международной научно-практической конференции молодыхученых и специалистов "Геофизика 2005", 133-135, 2005.

12. Кончиков А.В., Баев А.В., Табаков А.А. Методы решения обратной динамической задачи ВСП с применением автокорреляционныхфункций. Журнал "Технологии сейсморазведки", J^ fel, 71-74, 2004.

13. К0НЧИК0В А.В., Баев А.В., Табаков А.А. Решение обратной динамической задачи ВСП с использованием автокорреляционныхфункций. Материалы международной геофизической конференции ивыставки "Геофизика XXI века - прорыв в будующее", 2003.

14. К0ПЧИК0В А.В., Табаков А.А., Баев А.В., Солтан И.Е. Решение обратных задач ВСП на основе корреляционных полей. Материалы VIмеждународной конференции "Новые идеи в науках о Земле", 35,2003.126

15. Копчиков А.В., Ференци В.Н., Табаков А.А., Решетников А.В. Выделение регулярных волн на фоне интенсивных помех методом"ПОЛИКОР". Материалы научно-практической конференции"Гальперинские чтения 2004", 70-74, 2004.

16. Копчиков А.В., Ференци В.Н., Табаков А.А., Решетников А.В. Селекция волновых полей с применением алгоритма "ПОЛИКОР".Материалы VII международной конференции "Новые идеи в науках оЗемле", Т. 3, 14, 2005.

17. Мешбей В.И. Сейсморазведка методом общей глубиной точки. Москва, Педра, 3,4, 1973.

18. Мешбей В.И. Способ общей глубинной точки в сейсморазведке MOB. Москва, ОНТИ ВИЭМС, 1968.

19. Пахамкин А. Математические алгоритмы вычитания регулярных помех при разделении сейсмических волн. Изв. АН СССР, сер. ФизикаЗемли, М5, 1966.

20. Нахамкин А. О новом методе разделения регулярных волн в сейсморазведке. Журнал "Прикладная геофизика", №50, 23-44,1967.

21. Нахамкин А. Один оптимальный алгоритм выделения сейсмических волн на фоне регулярных волн-помех. Изв. АН СССР, сер. ФизикаЗемли, .№4, 1966.

22. Шериф Р., Гелдорт Л. Сейсморазведка. Москва, Мир, Т. 1, 260, 1987.

23. Шехтман Г.А. Обращенное ВСП в процессе бурения. Журнал "Геофизика", №2, 39,47, 48,1997.

24. Blias E.A. and Shavina L. High frequency VSP methodology and its application to the detailed investigation of near-well space. SEG technical4 program expanded abstracts, P. 216-219,1999.

25. Coppens F. First arrival picking on common-offset trace collections for automatic estimation of static corrections. Geophysical prospecting, 1985.

26. Disher D.A. and Naquin P.I. Statistical automatic static shift analysis. Geophysics, №6,1962.^ 43.Dobrin M.B. An introduction to geophysical prospecting. SEG, 1967.

27. Goltsman F. M. and Trojan V. N. Optimal algorithms of interference wave separation. Acad. news, Phys. of earth, N^8,1967.

28. Harlan W. Separation of signal and noise applied to vertical seismic profiles. Geophysics, Xo53, P. 932-946,1988.

29. Hawkins L.V. The reciprocal method of routine shallow seismic refraction investigations. Geophysics, №26, P. 806-819,1961.

30. Hollingshead G.W. and Slater R.R. A novel method of deriving weathering statics from first arrival refractions. 49th SEG annual meeting, 1979.# 48.ICnox W.A. Multilayer near-surface refraction computations. Seismicrefraction prospecting, 1967.

31. Marsden D. Static corrections - a review, part 1. The leading edge, №12, P. 43-49,1993.129

32. Marsden D. Static corrections - a review, part 2. The leading edge, №12, P. 115-120, 1993.

33. Marsden D. Static corrections - a review, part 3. The leading edge, №12, P. 210-216,1993.^ 54.Mayne W.H. Common reflection point horizontal data stacking techniques.Geophysics, №27, P. 927-938,1962.

34. Mayne W.H. Seismic surveying. U.S. Patent, №2732906,1950.

35. Nahamkin S.A. and Trojan V.N. Algorithm and program of wavefield separation by successive subtractions. Problems of dynamic theory ofseismic waves, 1966.

36. Palmer D. The generalized reciprocal method of seismic refraction interpretation. SEG, 1980.

37. Ronen J. and Claerbout J.F. Surface-consistent residual static estimation by stack-power maximization. Geophysics, №50, P. 2759-2767,1985.

38. Rothman D.H. Automatic estimation of large residual static corrections. Geophysics, №51, P. 332-346,1986.

39. Rothman D.H. Nonlinear inversion, statistical mechanics and residual statics estimation. Geophysics, №50, P. 2784-2796,1985.

40. Saghy S.G. and Zelei A. Advanced method for self-adaptive estimation of •* residual static corrections. Geophysical prospecting, 1975.

41. Seeman B. and Horovicz L. Vertical seismic profiling: separation of upgoing 'Ф and downgoing acoustic waves in a stratified medium. Geophysics, №48, P.555-568,1983.

42. Tal-Virskiy B.B. and Tabakov A.A. High resolution prediction of acoustic impedances below bottom-of-hole. Geophysical prospecting, №31, P. 225-236,1983.

43. Taner M.T,, Koehler F., Alhilali K.A. Estimation and correction of near- ' ' ' surface time anomalies. Geophysics, №39, P. 441-463,1974.

44. Taner M.T., Lu L., Baysal E. Static corrections: time, amplitude, and phase. SEG technical program expanded abstracts, P. 1399-1401,1991.130

45. Ursin В. and Berteussen K.-A. Comparison of some inverse methods for wave propagation in layered media. IEEE proceedings, Vol. 3, Jsro74, P. 389-400,1986.

46. Zanzi L. Inversion of refraction arrivals: a few problems. Geophysical prospecting, 1990.131