Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка способов определения и использования характеристик волнового поля для повышения эффективности цифровой обработки сейсмических данных

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Логинов, Владимир Вениаминович

ВВЕДЕНИЕ. Ц

ГЛАВА I. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО НАПРАВЛЕНИЮ РАБОТЫ

И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

§ I. Особенности сейсмических волновых полей и способы подавления регулярных волн-помех

§ 2. Способы определения кинематических и динамических характеристик сейсмических волновых полей

§ 3. Задачи работы

ГЛАВА П. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ С УСТОЙЧИВЫМИ КИНЕМАТИЧЕСКИМИ И ДИНАМИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

§ I. Зависимость коэффициента подобия от степени нерегулярности волновых полей

§ 2. Выбор порогового коэффициента подобия

§ 3. Разработка статистического анализа волнового поля CAB1I

ГЛАВА Ш. РАЗРАБОТКА КВАЗИОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧНЫХ СПОСОБОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ИНТЕРФЕРИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ С НЕУСТОЙЧИВЫМИ КИНЕМАТИЧЕСКИМИ И ДИНАМИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

§ I. Разработка способа анализа кинематических и динамических характеристик регулярных волн

§ 2. Разработка способа адаптивного вычитания регулярных волн-помех .?

§ 3. Разработка и опробование адаптивного способа оценки локальных характеристик полезных отражений

ГЛАВА 1У. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПОСОБОВ АНАЛИЗА ВОЛНОВОГО ПОЛЯ И АДАПТИВНОГО ВЫЧИТАНИЯ РЕГУЛЯРНЫХ ВОЛН-ПОМЕХ

§ I. Оценка эффективности способа статистического анализа волнового поля САВП на реальных материалах

§ 2. Разработка методических приемов использования способов анализа и адаптивного вычитания средне-низкоскоростных волн-помех.

§ 3. Исследование эффективности применения способов анализа высокоскоростных регулярных волн и адаптивного вычитания многократных волн-помех

Введение Диссертация по геологии, на тему "Разработка способов определения и использования характеристик волнового поля для повышения эффективности цифровой обработки сейсмических данных"

Последнее десятилетие ознаменовалось бурным использованием способа ОГТ при поисках нефтеперспективных структур в большинстве районов Советского Союза. Применение способа ОГТ в районах с проста-ми сейсмогеологическими условиями существенно повысило эффективность сейсморазведочных работ. Так глубинность сейсмической разведки увеличилась в 1,5 - 2 раза, надежность выделения структур значительно возросла, что позволило на 15 - 20% увеличить подтверж-даемость разведанных структур глубоким бурением. Дальнейшее увеличение прироста добычи нефти и газа сьязано, в основном, с поиском перспективных структур в районах со сложными сейсмогеологическими условиями. Сложные среды с наличием неглубоких отражающих границ, с большим градиентом скорости формируют интенсивные, интерференционные волновые поля с быстро меняющимися кинематическими и динамическими характеристиками. Регулярные волны-помехи, связанные с различными частями сейсмического разреза в сложнопостроенных средах, как правило, в 10 - 20 раз превышают по интенсивности полезный сигнал, доля энергии нерегулярного шума в суммарном волновом поле в 5 - 10 раз превосходит энергию полезного сигнала. Стандартная методика по способу ОГТ, обеспечивающая ослабление регулярных волн-помех в 2 - 4 раза,не позволяет надежно проследить целевые горизонты в районах со сложными сейсмогеологическими условиями.

Оснащение региональных вычислительных центров электронно-вычислительными машинами третьего поколения позволило включить в графы обработки достаточно трудоемкие процедура, в частности способы, направленные на повышение отношения сигнал/помеха, которые широко используют информацию о статистических характеристиках сигналов и помех. К таким способам относятся различные способы элементарного-*-/ х/ Под элементарным вычитанием подразумевается вычитание волн с заранее известными кинематическими параметрами. вычитания помех, скоростные, режекторные и оптимальные многоканальные фильтры.

Известно / 48 /, что при достаточно хорошем знании статистических характеристик сигналов и помех, оптимальные многоканальные фильтры являются наиболее эффективной системой подавления регулярных волн-помех. В работе / j8 / было показано, что при точном знании кинематических параметров волн-помех подавление их способом элементарного вычитания соизмеримо с эффективностью подавления волн-помех оптимальными многоканальными фильтрами ОМФ.

Указанные способы выделения полезных сигналов на фоне помех дают максимальный эффект при сравнительно простых сейсмогеологи-ческих условиях, когда на записях имеются отдельные регулярные помехи с выдержанными кинематическими характеристиками, либо регулярные волны интерферируют в сравнительно узком кинематическом диапазоне.

В районах, где волновое поле содержит интерферирующие волны-помехи, кинематические и динамические характеристики которых меняются в широких пределах как во времени ~Ь , так и по пространственной координате X » задача подавления волн-помех стационарными многоканальными системами, использующими априорно заданные характеристики, становится невыполнимой. Очевидно, в таких условиях следует применять адаптивные системы, которые при минимуме априорной информации о поле помех производят поиск и подавление каждой из интерферирующих волн-помех в отдельности.

Идеальный случай для стандартной обработки - создание такой адаптивной системы подавления волн-помех, у которой на входе, в качестве исходной информации, задавались бы только координаты обрабатываемых сейсмограмм, т.е. геофизику-обработчику не требовалось бы задавать информацию о свойствах волн-помех. Теоретически создание такой самонастраивающейся системы возможно уже сейчас.

Однако, при существующем парке электронно-вычислительных машин, расход счетного времени был бы неоправданно велик. Получение качественных результатов обработки без участия геофизика в процессе анализа и подавления волн-помех, на наш взгляд, весьма проблематично. Упрощенные формальные критерии принятия решения, обычно закладываемые в закрытую адаптивную систему, не выдерживают сравнения с опытом и интуицией квалифицированного геошизика-обработчика. Поэтому в процессе обработки целесообразно выделить этап получения и статистического анализа характеристик сигналов и волн-помех, по результатам которого геофизик-обработчик должен принимать решение о задании параметров для процедур выделения сигналов на фоне помех.

На сегодняшний день в отечественных обрабатывающих сейсмических системах СЦС-3, СОС, Сейспак имеется большой набор программ для анализа волнового сейсмического поля. Недостатком этих программ является ограниченность набора изучаемых характеристик волнового поля, а также большой объем ручного труда при анализе и обобщении полученных данных.

Целью данной работы является повышение эффективности обработки сейсморазведочных данных на основе создания способов анализа сложных интерференционных волновых полей и адаптивных способов подавления регулярных волн-помех. для решения этой задачи автором развито новое направление совершенствования способов анализа волнового поля и подавления регулярных волн-помех, основанное на теории самонастраивающихся систем. В частности, в способе вычитания регулярных волн-помех, впервые применены оригинальные приемы самонастройки, позволяющие подавлять помехи в широком диапазоне скоростей без существенного увеличения времени счета; обоснован и разработан адаптивный способ оценки локальных характеристик полезных отражений, базирующийся на компенсации искажений полезного сигнала; разработан способ статистического анализа волнового поля, впервые учитывающий нестационарность регулярных волн по пространственной координате (взрыв-прибор).

3 а щи ща е мы е полоне ни я дис с е р та ции:

1. Разработан способ статистического анализа волновых полей (САВП), свойства которых меняются в зависимости от удаления взрыв-прибор.

2. Установлены количественные характеристики зависимости коэффициента подобия (функция обработки в способе САВП) от степени регулярности волнового поля, позволяющие повысить надежность выделения регулярных волн при различном качестве сейсмического материала.

3. Разработаны приемы повышения быстродействия способа оптимального адаптивного вычитания, что позволило использовать способ в промышленных масштабах в условиях сложноинтерференционных волновых полей.

4. Предложен адаптивный способ анализа отраженных волн, обеспечивающий повышение точности оценки кинематических и динамических характеристик полезных отражений.

5. Показана высокая эффективность подавления многократных и средне-низкоскоростных волн-помех, образующихся в сложнолостроен-ных средах, способами анализа и адаптивного вычитания регулярных волн-помех.

Способы анализа и адаптивного вычитания регулярных волн-помех включены в обрабатывающие сейсмические системы "Сейспак", СОС БЭСМ-6, СОС Сайбер и внедрены в производственные организации

Министерства Геологии СССР. Суммарный экономический эффект от внедрения разработок составил 3,2 млн.рублей.

Работа над вопросами, затронутыми в диссертации, выполнялась с 1974- года во BHi/Шгеофизике и проводилась при участии И.К.Кондратьева.

Заключение Диссертация по теме "Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых", Логинов, Владимир Вениаминович

-ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основными результатами работы являются разработка способов и создание технологичного программно-алгоритмического комплекса анализа волнового поля и подавления регулярных волн-помех в условиях сложноинтерференционных волновых полей.

1. Для волновых полей, нестационарных по пространственной координате t (взрыв-прибор) с устойчивыми кинематическими и динамическими характеристиками разработан способ статистического анализа волнового поля САВП. Способ САВП позволяет расчленять волновое поле на классы волн по кинематическим признакам и для каждого класса волн, в том числе и для нерегулярного шума определять изменение энергии в зависимости от удаления взрыв-прибор, определять среднюю кривизну годографов класса волн и оценивать остаточный статический разброс волн одного класса.

2. Проведены исследования помехоустойчивости коэффициента подобия, входящего в качестве функции обработки в способ САВП. Проведено численное моделирование с целью обоснованного выбора порогового коэффициента подобия, для чего построены функции распределения коэффициента подобия, позволяющие оценивать вероятность ложного обнаружения и вероятность пропуска регулярных волн в зависимости от задаваемого порога.

3. Для волновых полей с неустойчивыми кинематическими и динамическими характеристиками предложен экономный, в смысле расхода машинного времени, способ вычитания регулярных волн-помех с адаптацией по кинематике и амплитудам. В основе способа лежит автоматическое обнаружение волн-помех, определение их параметров и вычитание обнаруженных волн на исходных сейсмограммах. Высокая технологичность способа достигается путем отказа от многократного уточнения параметров волн-помех при сохранении основных особенностей. оптимального алгоритма разделения интерферирующих волн / 9 /.

4. Разработан технологичный способ анализа кинематических и динамических характеристик регулярных волн для волновых полей с неустойчивыми характеристиками, что обеспечило высокую оперативность и надежность анализа волнового поля и позволило выполнять его дифференцированно для локальных участков сейсмограмм или временных разрезов.

5. Предложен адаптивный способ оценки локальных характеристик полезных отражений, позволяющий оценивать качество обрабатываемого сейсмического материала на разных стадиях обработки и повысить точность определения динамических параметров сейсмических сигналов, которые могут быть использованы в способах выявления АТЗ по динамическим характеристикам отраженных волн.

6. На основе разработанных способов создан программно-алгоритмический комплекс глубокой обработки СИГНАЛ. Применение комплекса на материалах, зарегистрированных в районах со сложным сей-смогеологическим строением (Восточная Сибирь, Тимано-Печорская провинция, Туркмения) позволило существенно ослабить высокоинтенсивный фон регулярных волн-помех и улучшить прослеживание целевых горизонтов. Фактический экономический эффект от внедрения комплекса СИГНАЛ в производственных организациях Мингео СССР составил к концу 1984 года 32I5I8I рублей.

7. В дальнейшем предполагается адаптировать комплекс СИГНАЛ применительно к обрабатывающим системам ЭВМ ПС и ЭВМ ЕС. Предполагается моделировать отдельные программы комплекса применительно к условиям интенсивного развития траппового магматизма, когда годографы регулярных волн искажаются произвольным образом. Будет продолжено внедрение комплекса СИГНАЛ в различные производственные организации отрасли.

СПРАВКА о внедрении разработок, выполненных по результатам исследований автора диссертации

Программно-алгоритмический комплекс анализа волнового поля и подавления регулярных волн-помех "Сигнал", разработанный автором, реализован в отраслевых обрабатывающих системах "Сейспак", СОС БЭСМ-6, СОС Сайбер. В Ученый Совет ВНЙИгеофизики представлены акты о передаче и внедрении программ комплекса в 9 производственных организациях Мингео СССР, а именно:

- в Оренбургскую геофизическую экспедицию (производственное опробование комплекса "Сигнал" на профилях ОГТ в прибортовой зоне Прикаспийской впадины позволило более уверенно прокоррелировать девонские отражения D^ и и отражения от горизонтов карбона

Ci , С 2 ) ?

- в КОМЭ Мингео Каз.ССР (результаты обработки 60 пог.км. профилей ОГТ комплексом "Сигнал" показали эффективность комплекса по подавлению регулярных волн-помех);

- в КрасСОМЭ ПГО "Енисейгеофизика" (комплексом программ обработано 5430 пог.км. профилей, фактический экономический эффект 1834 тыс.руб.);

- в Новосибирскую опытно-методическую экспедицию (комплексом программ обработано 83 пог.км. профилей, фактический экономический эффект 75 тыс.руб.);

- в Томский геофизический трест (использование программ комплекса позволило получить более детальные сведения о строении нижнемезозойских отложений, обработано 60 км. профилей, фактический экономический эффект 55 тыс.руб.);

- в Ашхабадскую методическую экспедицию УГТССР (обработано

490 км профилей ОГТ, фактический экономический эффект 465,5 тыс.руб.);

- в Уральскую геофизическую экспедицию ПГО "Казгеофизика" обработано 1080 пог.км. профилей ОГТ, фактический экономический эффект 540 тыс.руб.);

- в ГЭМОИ НПО "Нефтегеофизика" (обработано 250 пог.км. профилей, фактический экономический эффект составил 250 тыс.руб.);

- в ГВЦ "Главтюменьгеологии" (проведено приемочное опробование программ ВАКОТ в обрабатывающей системе COG Сайбер, установлена работоспособность программы, проводится производственное опробование).

Ученый секретарь ВНИИгеофйзшш •

ЧЧО- 5 . >' '

-хо '-но. (\.

В.А.Линьков

--/3 5

Библиография Диссертация по геологии, кандидата технических наук, Логинов, Владимир Вениаминович, Москва

1. Алгоритм нелинейной веерной фильтрации (Кац С.А., Гутерман Ф.Б.,Натеганов А.П. и др.) Разведочная геофизика, вып. 73,

2. М., Недра, 1976, с. 13-21.

3. Бинкин И.Г. Некоторые возможности исследования волновых полей с помощью регулируемого суммирования с постоянными скоростями. Прикладная геофизика, вып. 69. М., Недра, 1972, с. 43-51.

4. Венцель Е.С. Теория вероятностей. М., Физматгиз, 1962 -575 с.

5. Вудворт Ф.М. Теория вероятностей и теория информации с применением в радиолокации. М., Советские радио, 1955 286 с.

6. Гильберштейн П.Г., Копилевич Е.А., Почтовик С.В. Опыт вычитания волновых помех для прослеживания додевонских горизонтов в Московской синеклизе. Разведочная геофизика, вып. 88. М., Недра, 1980, с. 18-24.

7. Гогоненков Г.Н., Козлов Е.А. Современные методы подавления кратных волн при обработке данных ОГТ на ЭВМ. Обзор. Регион., разв. и промысловая геофизика. М., ВИЭМС, 1975 50 с.

8. Гольдман С.В. Линейные преобразования сейсмических сигналов. М., Недра, 1974 351 с.

9. Гольцман Ф.М. Основы теории интерференционного приема регулярных волн. М., 1964, 283 с.

10. Гольцман Ф.М., Троян В.Н. Оптимальные алгоритмы разделения интерферирующих сейсмических волн.-Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли, 1967, № 8, с. 29-39.

11. Дядюра В.А., Соколовский О.И. Новый метод разделения интерферирующих регулярных волн. Докл. АН УССР. Сер. Б,1979, № II,с. 885-889.

12. Дядюра В.А., Будкевич В.Б. Способ комплексного анализа сейсмического волнового поля. Докл. АН СССР. Серия Б, 1979, № 12,с. 992-996. '

13. Использование обратной и веерной фильтраций в методе ОП (Кондратьев И.К., Зенов А.К., Крылова Н.И. и др.). "Прикладная геофизика", вып. 68, М., Недра, 1972, с. 25-38.

14. Кац С.А. Кинематический анализ системой адаптивных фильтров. -"Разведочная геофизика", вып. 79, М., Недра, 1977, с. 13-21.

15. Кац С.А., Шубик Б.М. Адаптивные многоканальные запирающие фильтры. "Разведочная геофизика", вып. 82, М., Недра, 1978, с. 3-10.

16. Козлов Е.А. Вычитание пакетов волн. "Прикладная геофизика", вып. 68, М., Недра, 1972, с. 22-30.

17. Козлов Е.А. Оптимизированное вычитание пакетов волн. "Прикладная геофизика", вып. 74, М., Недра, 1974, с. 3-12.

18. Кондратьев И.К. К теории веерной фильтрации. "Прикладная геофизика", вып. 64, Ы., Недра, 1971, с. 24-39.

19. Кондратьев И.К., Чистов П.И. Эффективность оптимальной многоканальной фильтрации при обработке данных сейсморазведки. -"Экспресс-информация. Сер. IX", вып. I, М., изд. ВИЭМС, 1974, с. 1-9.

20. Кондратьев И.К. Линейные обрабатывающие системы в сейсморазведке. М.; Недра, 1976 - 178 с.

21. Кондратьев И.К., Логинов В.В. Статистический анализ волнового поля. "Прикладная геофизика", вып. 91, М., Недра, 1978,с. 30-47.

22. Левянт В.Б., Птецов С.Н. Вычитание кратных волн в сейсморазведке ЫОГТ. "Обзорная информация. Сер. Нефтегазовая геол. и геофиз.", X, лзд. ВШИЮгИГ, 1981 43 с.

23. Логинов В.В. Выделение регулярных волн с помощью коэффициента подобия. "Прикладная геофизика", вып. 81, М., Недра, 1976, с. 58-63.

24. Логинов В.В. Выбор порогового коэффициента подобия. "Прикладная геофизика", вып. 94, М., Недра, 1979, с. 70-73.

25. Логинов В.В., Кондратьев И.К., Чертанов О.Н. Подавление регулярных волн-помех с сильно меняющимися параметрами системой адаптивного вычитания. "Прикладная геофизика", вып. 102, М., Недра, 1981, с. 64-76.

26. Морозов А.В. Эффективность суммирования при наличии погрешностей годографа. "Прикладная геофизика", вып. 64, М., Недра, 1971, с. 7-23.

27. Нахамкин С.А., Троян В.Н. Алгоритм и программа разделения регулярных волн методом последовательных вычитаний. "Вопросы дин. теории распростр. сейсм. волн", сб. УШ, М.,-Л., Наука, 1966, с. 186-196.

28. Нахамкин С.А. Оптимальный алгоритм выделения сейсмических волн на фоне регулярных волн-помех. "Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли", 1966, 115 5, с. 52-67.

29. Нахамкин С.А. О веерной фильтрации. "Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли", 1969, № II, с. 24-35.

30. Полшков М.К., Кондратьев И.К., Чистов П.И. Построение оптимальных многоканальных линейных систем для сложной статистической модели волнового поля. "Прикладная геофизика", вып. 73, М., Недра, 1974, с. 20-31.

31. Прохоров Ю.В., Розанов Ю.А. Теория вероятностей. М., Наука, 1967 495 с.

32. Рябков В.В., Захаров Е.Т., Антипин Ю.Г. Возможности веерной фильтрации в сравнении с направленным суммированием. "Прик-ладаная геофизика", вып. 70, L1., Недра, 1973, с. 122-137.

33. Сравнительная оценка эффективности линейных многоканальных систем при разделении регулярных волн с флуктуирующими параметраш (Кондратьев И.К., Литвиненко А.П., Скрябина В.Н. и др.) -"Прикладная геофизика", вып. 85, М., Недра, 1977, с. 25-38.

34. Умперович Н.В., Пехтерева И.А. Последовательное выделение на сейсмической записи волн разных типов "Труды СНИйГГиМС), вып. 93, Новосибирск, Наука, 1969.

35. Урупов А.К. Основы комбинированной обработки параметрических диаграмм. "Прикладная геофизика", вып. 71, М., Недра, 1973, с. 53-70.

36. Физические основы сейсмического метода отраженных волн в платформенных условиях (Берзон И.С., Гамбурцев А.Г., Кац С.А. и др.). М.: Наука, 1974 - 217 с.

37. Фуркалюк Ю.В. Свойства нелинейных операторов выделения сигналов, применяемых при анализе скоростей. "Разведочная геофизика", вып. 80, М., Недра, 1978, с. 37-42.

38. Чистов ПЛ., Кондратьев й.К. Сравнение эффективностей обычного и оптимального взвешенного суммирования с помощью числового моделирования. "Прикладная геофизика", вып. 73, М., Недра, 1974, с. 31-44.

39. Чистов П.И. Разработка теории и методики использования многоканальной фильтрации для метода отраженных волн. Автореферат, Диссертация, представл. на соискание уч.степ. канд.техн.наук. М., 1975 - 17 с.

40. J. P., выи, G. „ Lei (Mm an tventaii." GzopkytUaZ Pwt-puting, 1963, к //, p. 131-164.43. bcrffocuih J. N., ifJ'ifftyUbb Я. tl. „ CkaAUcte^Utlci of optimum, пъи&1сАаппл£ ttcLckincp ft££&u. °jzophyHa, {968, к 33, p. 36-4$.

41. MeyutAoff И, О. „ НогЩупЫ 6tctcUruf W muMicharuuZ fM&urup applucL to со-пъггъо-п dept/i-point izlMnic cLcitoc. " Gzopty-irUal Рго^ояс --ting, 1966, i/. 19, И^Ч, p. ЦШ-Ч54.

42. Midl&n, D. , WtodwiVZClAs Я. 7 JllMtZcmcL J. „ H niw nutlzo-cL of сапсМагу tnuitipfe zefiuticyn^ ;„ Souston" &еор^жа£ Fkotp-ectiruf, /971} v. /9\ a/2 p. 615-625.

43. White, ft.£. „ Tht ptnfotrncuict of opiunu-m dtacdin/p filtt/U in uippu-^ying uncovuiccUoi no-ice.GeofykyUcal Pto^pectin^> 4977, v. 25, {, p. 465-173. 52. WiffiinA R.A. W-к pMex, cUM^n. GeofyhytLcal Pbotf-tcting, 1966, v. W, p. 418