Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Система программно-алгоритмического обеспечения учебного курса сейсморазведки

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Система программно-алгоритмического обеспечения учебного курса сейсморазведки"

Российский государственный геологоразведочный университет

На правах рукописи УДК 550 834

РОМАНОВ ВИКТОР ВАЛЕРЬЕВИЧ

СИСТЕМА ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УЧЕБНОГО КУРСА СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Специальность 25 00 10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

003177010

Работа выполнена в Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе

Научный руководитель: доктор технических наук,

Михаил Борисович Шнеерсон, РГГРУ

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Михаил Львович Владов, МГУ, кафедра сейсмометрии и геоакустики

кандидат технических наук, Самуил Абрамович Каплан, ВНИИГеосистем

Ведущая организация:

Российский государственный университет, нефти и газа имени И М Губкина,

кафедра разведочной геофизики и компьютерных систем

Защита диссертации состоится 18 октября 2007 года в 16 часов 30 мин на заседании Диссертационного совета Д212 121 07 при Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе по адресу 117997 Москва, ул Миклухо-Маклая, д 23, геофизический факультет, шестой этаж, аудитория 6-38, тел/факс 438-14-38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГГРУ (3 этаж) Автореферат разослан 14 сентября 2007 года

Исполняющий обязанности

ученого секретаря диссертационного совета

Бондаренко В М

I. Общая характеристика работы

1. Актуальность проблемы

Современное развитие компьютерной техники открыло широкие возможности обработки, математического моделирования и визуализации сейсмических данных. Задачи, с которыми едва справлялись супер-ЭВМ прошлого поколения, в настоящее время успешно решаются даже на персональных компьютерах. Доступность ПК среднего и начального уровня положительно сказывается на возможности решения задач сейсморазведки

Анализируя опыт применения персональных компьютеров в сейсморазведке можно прийти к следующим выводам

- Большинство программных продуктов предназначено для решения

конкретной задачи в рамках организации, научного изыскания или учебного заведения

- Использование комплекса программного обеспечения различного

назначения при решении проблем сейсморазведки неэффективно в силу отличий в идеологии и полной или частичной несовместимости

- Большая коммерческая стоимость и повышенные требования к ресурсам

компьютера промышленных программных продуктов ограничивает их совместное применение

Решение комплексных задач сейсморазведки обычно разбивается на отдельные этапы, каждый из которых выполняется при помощи отдельного программного продукта Подобный подход реализуется при проведении полевых работ и обработки данных в промышленных масштабах по экономическим соображениям

Для специфических задач сейсморазведки, например проектирования параметров методики и преподавания курса сейсморазведки, принципиально важно целостное понимание объекта исследования Объединение программного

3

обеспечения в единую систему с использованием интерактивного подхода позволит полностью раскрыть потенциал компьютерной техники

Особенно эффективным представляется использование системы программно-алгоритмического обеспечения на начальных стадиях изучения сейсморазведки в ВУЗах Традиционно для обучения применяются громоздкие и рутинные ручные расчеты или работа в промышленных пакетах - Focus, ProMAX, Geovector и т д Обилие ручных расчетов часто оттеняет основные идеи решаемой проблемы и резко снижает оперативность обучения Использование сложных, насыщенных функциями промышленных пакетов целесообразно только на последних стадиях обучения, когда большинство их возможностей уже понято теоретически

Между тем, в начале обучения у студента отсутствует понимание сейсморазведки как комплексного и структурного метода познания геологической среды. Формирование такого знания возможно только при последовательном изложении, обилии и интерактивности визуального материала и единстве подхода к каждой рассматриваемой проблеме

Примером системы программно-алгоритмического обеспечения является пакет "Seislab", созданный при поддержке ЮНЕСКО в 1991 году на геологическом факультете МГУ С точки зрения возможностей современной компьютерной техники пакет является устаревшим, так как он совместим только с давно неиспользуемой операционной системой MS-DOS В пакете "Seislab" не отражены такие задачи, как теория сейсмоприемника, ВСП, обработка данных ОГТ В справочных материалах к пакету нет технологии использования пакета как учебной системы программного обеспечения

Исследования автора диссертации развивают и дополняют основные идеи пакета на современном уровне развития компьютерной техники Отличительной особенностью разработки автора является материал по технологии моделирования и анализ результатов, облегчающий использование

предлагаемой системы как универсального инструмента решения общих проблем сейсморазведки

2. Цель работы

Разработка системы программно-алгоритмического обеспечения, предназначенной для решения задач сейсморазведки путем моделирования на персональных компьютерах современного уровня и использования в учебных целях

3. Основные задачи

1 Разработка единой концепции системы программно-алгоритмического обеспечения сейсморазведки, основанной на целостном восприятии сейсморазведки как метода познания геологической среды

2 Постановка конкретных задач, решаемых в рамках системы и их структурирование

3 Выбор модели и диапазона параметров для каждой задачи

4 Разработка эффективных и надежных алгоритмов моделирования

5 Создание, отладка и тестирование программного обеспечения

6 Выработка и опробование технологии работы с созданным ПО

7 Анализ полученных результатов

4. Научная новизна работы

Впервые создан комплекс универсальных моделей, наиболее полно раскрывающих основные вопросы курса сейсморазведки

Разработаны алгоритмы моделирования распространения упругих волн, характеристик сейсмической аппаратуры, данных сейсмических методов, их обработки и интерпретации

Обоснована и применена методология последовательного формирования системы программного обеспечения на основе учебного курса сейсморазведки

Спроектированы и опробованы технологии моделирования данных сейсморазведки в рамках предлагаемой системы

5. Защищаемые положения

1 Система программно-алгоритмического обеспечения учебного курса сейсморазведки, представляющая собой комплекс программ для численного моделирования волновых полей по разделам учебного курса "Физические основы метода", "Аппаратура и технология" и "Обработка и интерпретация", обеспечивает целостное восприятие сейсмического метода исследований

2 Система программно-алгоритмического обеспечения учебного курса сейсморазведки увеличивает эффективность преподавания общего курса сейсморазведки и ее специальных разделов

3 Система программно-алгоритмического обеспечения учебного курса сейсморазведки позволяет решать задачи проектирования систем наблюдений, оценки адекватности ФГМ и моделирования процедур графа обработки ОГТ

6. Практическая значимость и результаты

Разработанная система в течении нескольких лет успешно применяется при преподавании курса сейсморазведки на кафедре сейсмических и скважинных методов геофизического факультета РГГРУ и может быть рекомендована для использования в высших учебных учреждениях в учебных, научных и производственных целях

7. Личный вклад автора

Все программное обеспечение системы создано лично автором Учебно-методические материалы системы составлены или переработаны на основе пособий кафедры ССМ РГТРУ автором диссертации

8. Публикации

По теме диссертации опубликованы 2 статьи Материалы работы докладывались на различных научно-практических конференциях

9. Апробация работы

Различные элементы системы прошли первичную апробацию при преподавании автором общего курса сейсморазведки в РГГРУ Методические пособия системы готовятся к публикации под грифом УМО в качестве учебного пособия

10. Содержание работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения Общий объем работы - 119 стр, количество рисунков - 57 , количество таблиц - 22 , количество наименований списка литературы - 45 .

11. Благодарности

Автор выражает признательность и искреннюю благодарность декану геофизического факультета Зинченко В С , председателю диссертационного совета, зав кафедрой ЯРМиГИ Никитину А А, своему научному руководителю Шнеерсону М Б, преподавателям кафедры ССМ Ермолаевой Г М, Белоусову А В., кафедры ЭГМ - Лобанову А М, Иванову А И , кафедры ЯРМиГИ - Бондаренко В М, Петрову А В , своим друзьям и коллегам -Литвиненко Д А. (Сервисная компания ПетроАльянс), Маслову М Н (ГСД), Козиной Е Ю (ЦГЭ) и ныне ушедшим - профессорам Боганику Г Н, Номоконову В П , Кондратовичу Ю В

II. Содержание работы

1. Введение

Во введении сформулированы актуальность, научная новизна и основные задачи диссертации, а также практическая ценность ее результатов.

2. Физические основы сейсморазведки

В первой главе диссертации собраны программы, моделирующие основные физические процессы сейсморазведки. К ним относятся: образование волны в безграничной среде, распространение волн продольного и поперечного типа, процессы на границах сред, поглощение и рассеяние в неидеально-упругих средах. Рассматривается раздельное влияние расхождения и поглощения на динамические параметры волны. Моделируемые процессы демонстрируются в виде профилей волн, записей колебаний, сейсмограмм и спектров.

Рисунок 1 Программа, моделирующая падение волны в безграничной среде

«в. |гаш | **.»'< |16С0 |

Р I

г.». |ш-1

II

Распространение волн о идеально упругой, безграничной, однородной среве

*£» 500 ЙЯ 700 «ЮЯм

UiK.li. сыащ£мий

50 100 150 200 250 300 350 <00 450

•2мс | -70 гх | Яф.и

И

№. м

ЕП В

иуУю<о< ко»м»оу.гоо7

Программы системы располагаются в порядке усложнения моделей - от безграничной, идеально-упругой к горизонтально-слоистой, поглощающей среде. При этом усложняется структура волнового поля, растет количество вторичных волн и число определяемых параметров Подобный подход позволяет разделить влияние различных факторов, влияющих на кинематику и динамику волн и изучить их вклад в общее волновое поле

Программы первой главы моделируют процедуры прослеживания и корреляции волн, определения точек выхода преломленных волн в первые вступления и областей прослеживания волны. Демонстрируются различия в структуре волн различного типа - продольных и поперечных, сферических и плоских, первичных и вторичных - отраженных, проходящих и преломленных, обменных и монотипных

Методический материал, предлагаемый в главе, помогает освоить такие операции, как построение годографа, определение кажущейся, средней и эффективной скорости

1) Изучение поля сейсмических волн в идеально упругой однородной безграничной среде

Модель представляет собой идеально-упругую, изотропную, однородную среду в которой из точечного источника распространяется продольная или поперечная падающая волна с заданной частотой Импульс волн представляет собой один период синусоиды, а волновой слой, таким образом - пространство, заключенное между сферическим фронтом и тылом Подобная модель адекватна геологической среде при рассматривании ее как единого объекта

Программа изображает волновой процесс в виде карты плоского сечения изофазовых поверхностей, динамических графиков - профиля волны и записи колебаний в заданной точке, степени деформации элементарного объема среды Программа используется для изучения структуры и параметров волнового поля во времени в самом общем случае

Методический материал показывает, как программа может быть использована для построения годографа волны и определения по нему кажущейся скорости, анализа влияния геометрического расхождения на амплитуду волны

2) Кинематика и динамика падающей, отраженной и проходящей волн в ВСП

Модель представляет двухслойную среду, разделенную горизонтальной границей. Изучается нормальное падение волны в вертикальном стволе скважины и образование вторичных волн - проходящей и отраженной с учетом их интерференции Процессы изображаются в виде перемещения профилей волн и динамической совокупности записей колебаний - сейсмограммы Данная модель является базовой в методе ВСП, что позволяет воспроизвести и проанализировать фрагмент сейсмограммы вертикального сейсмического профилирования Методический материал демонстрирует приемы корреляции волн на сейсмограмме, разделения различных типов волн, расчета средней скорости и определения коэффициентов отражения и прохождения

3) Изохроны, лучи и годографы сейсмических волн

Модель представляет двухслойную среду, разделенную горизонтальной границей Изучается падение сферической продольной волны на горизонтальную границу под различными углами На границе раздела моделируется образование обменных и монотипных отраженных, проходящих и преломленных волн В рамках представленной модели возможно образование всех возможных типов вторичных волн, в том числе обменных и преломленных, которые не образуются при нормальном падении

Рисунок 2 Моделирование распространения фронтов волн в среде с одной горизонтальной границей

Программа наглядно показывает изменение волнового поля, соотношение фронтов основных вторичных волн и изменение этого соотношения во времени. В методическом материале приведены приемы анализа волновой картины, построение годографов и определение особых точек на них.

4) Эффективная скорость и ее свойства

Модель представляют собой двухслойную среду, разделённую двумя горизонтальными отражающими границами. В процессе моделирования на экран выводится сейсмограмма отражённых волн с возможностью их корреляции и лучевая схема этих отражений. Модель является основой для метода отражённых волн и адекватно соответствует типовым моделям для обработки данных этого метода. В методическом материале описывается способ определения эффективной скорости по годографу отражённой волны.

Показывается технология сравнительного анализа значений средней и эффективной скорости при различных параметрах модели

5) Изучение влияния неидеально упругой среды на динамические параметры волны

В программе моделируется влияние поглощения в частотной и временной области на импульс отраженной волны, распространяющейся в неидеально упругой среде Моделирование поглощения позволяет приблизить получаемые результаты к реальным геологическим средам. Методический материал поясняет приемы определения характеристик неидеально-упргугой среды -коэффициента, параметра и декремента поглощения

3. Аппаратура и технология сейсморазведки

Вторая глава диссертации посвящена технологиям получения сейсмических данных, аппаратуре и методам сейсморазведки - МПВ, ВСП. В программах моделируются параметры взрывного возбуждения колебаний, электродинамического сейсмоприемника, интерференционных систем -группирования приемников и источников колебаний Моделирование параметров работы аппаратуры и методики наблюдений используется на этапе проектирования полевых работ

Первая и вторая главы диссертации завершаются программой, основанной на решении прямой задачи сейсморазведки для слоисто-однородной среды и анализе получаемых сейсмограмм и зависимостей На основе результатов моделирования формируется базовый набор параметров методики

Рисунок 3 Программа, моделирующая сейсмограмму ВСП

возбуждении

Моделируется возбуждение колебаний при различном количестве и массе группы зарядов ВВ. Изучается зависимость параметров возбуждаемого сигнала - амплиутуды и частоты от веса заряда. Реализована возможность выбора группы зарядов для обеспечения заданных условий - частоты и интесивности падающей волны. Методический материал разъясняет технологию выбора оптимальных параметров группы ВВ.

2) Процессы в сейсмических приемниках

В программе моделируются процессы, происходящие в электродинамических сейсмоприёмниках и их основные параметры и характеристики. К ним относятся: коэффициент и параметр затухания, частота

свободных и вынужденных колебаний, форма АЧХ и ФЧХ, график собственного процесса Методический материал посвящен анализу характеристик сейсмоприемника и выбору его оптимальных параметров

3) Метод преломлённых волн

В качестве модели выбрана одна наклонная преломляющая граница При этом учитывается наличие в волновой картине падающей, отражённой и преломленной волны

Программа моделирует запись данных метода преломленных волн и практические аспекты его первичной обработки - прослеживание падающих и преломленных волн в первых вступлениях, построение встречных годографов и построение преломляющих границ способом V

4) Расчет КНД группирования приемников и

источников

Группирование в программе рассматривается с точки зрения теории интерференционных систем применительно к суммированию плоских волн на малых базах Моделируется расчет значений коэффициента направленного действия (КНД) при различных значениях кажущейся скорости, частоты и параметров групп источников и приемников В методическом материале отражены способы выбора оптимальных параметров группирования источников и приемников

5) Вертикальное сейсмическое профилирование

В программе моделируются сейсмограммы основного метода интегральной скважинной сейсморазведки - вертикального сейсмического профилирования Моделируется горизонтально-слоистая среда и наличие в волновом поле проходящих и однократно-отраженных волн Последние дополнительно выводятся на сейсмограмме наземной сейсморазведки.

Методический материал показывает алгоритм обработки данных скважинной сейсморазведки и увязки их с наземной сейсмикой.

6) Отраженные и преломленные волны в слоистых средах

Программа основана на решении прямой задачи в горизонтально-слоистой среде. Моделируются лучевые схемы отраженных волн, годографы МПВ и синтетическая сейсмограмма MOB Методический материал показывает направления анализа получаемых динамических и кинематических параметров при предварительной оценке ожидаемой волновой картины

4. Обработка и интерпретация данных

Глава посвящена стадиям обработки и интерпретации сейсмических данных по способу ОГТ Этот метод является самым актуальным и широко применимым в современной сейсморазведке Обработка данных MOB способом ОГТ требует повсеместного использования мощных программных средств, без знания которых невозможно успешное освоение сейсмических методов исследования

Рисунок 4 Моделирование скоростного анализа

В главе разделе изучаются следующие процедуры обработки - выбор и анализ геометрии, скоростной анализ, ввод кинематических поправок, суммирование по ОГТ, построение структурной карты отражающего горизонта. В качестве модели выбрана основная модель обработки данных МОВ-ОГТ -горизонтально-слоистая среда.

1) Параметры систем наблюдений МОГТ

В программе моделируется появление на сейсмограмме полезной и кратной отражённых волн с одинаковыми ^ и близкими эффективными скоростями. Таким образом, задавая параметры системы наблюдений, можно оценить эффективность суммирования по способу ОГТ при различной методике полевых работ. Для оценки эффекта МОГТ в исходные сейсмограммы суммируются с введёнными кинематическими поправками.

Данные изображаются на всех этапах обработки во временной и частотной областях Результаты моделирования используются при проектировании параметров MOB с мнопифатным перекрытием Методический материал показывает особенности использования программы для целей проектирования методики наблюдения многократных проектировании

2) Определение скоростного закона и введение кинематических поправок

Программа моделирует проведение процедуры скоростного анализа при выборе закона Уогт Для горизонтально-слоистой среды Моделируется скоростной анализ, введение кинематических поправок и последующее суммирование В процессе моделирования наглядно демонстрируется искажение сигнала при введении кинематических поправок и эффект подавления кратных волн Методический материал раскрывает особенности обработки данных модели эффективных скоростей закона и ввода кинематических поправок

3) Основные процедуры обработки данных МОВ-ОГТ

Программа моделирует основные этапы обработки сейсмических данных по способу ОГТ на примере полезной и кратной отраженной волны -составление таблицы геометрии, введение статических и кинематических поправок, суммирование При моделировании сравниваются сейсмограммы на различных стадиях обработки Методический материал показывает алгоритм обработки данных по способу ОГТ

4) Построение структурной карты отражающего горизонта

Программа моделирует данные, полученные по произвольной сети профилей с целью уточнения строения положительной структуры, увязки

17

сейсмических данных, построения карты изогипс и интерпретации полученных результатов Методический материал показывает основные процедуры обработки данных сети профилей и построения структурной карты

5. Заключение

В ходе диссертационной работы были получены следующие результаты

1 Создана система программно-алгоритмического обеспечения учебного курса сейсморазведки, включающая в себя программные продукты, основанные на численном моделировании волновых полей для решения основных задач сейсморазведки

2 Выработана технология моделирования, получения и обработки данных в программах системы

3 Проанализированы графики и зависимости, полученные в результате моделирования

4 Оценены возможности составления учебных пособий на основе материалов диссертации

5 Система внедрена в структуру преподавания курса сейсморазведки на кафедре ССМ РГГРУ, охватывает основные разделы, современного состояния сейсмического метода

6 Установлена возможность проектирования методики полевых сейсмических исследований при помощи программ системы

6. Список публикаций по теме диссертации

Проектирование методики 2D сейсморазведки МОВ-ОГТ в пакете программ Labs [Журнал]/ авт Романов В В// Геоинформатика - М ВНИИГеосистем, 2007 г - 3 - стр 37-41

Использование динамического представления при моделировании волновых процессов в пакете программ Labs [Журнал] / авт Романов В В // Геоинформатика - М . ВНИИГеосистем, 2007 г - 4 - стр 29-31

Материалы V международной научно-практической конференции "Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых [Конференция] // Принципиальные трудности при поиске и добыче газовых гидратов и пути их разрешения - М Российский государственный геологоразведочный университет, 2006 - стр 269

Материалы VIU международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" [Конференция] / авт В В Романов II Исследование влияния промерзания приповерхностного слоя на структуру волнового поля в верней части разреза - М Российский государственный геологразведочный университет, 2007 - Т 6

Материалы докладов VI международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" [Конференция] / авт В В Романов // Методика сейсморазведки для выделения наземных газ гидратных залежей - М Российский государственный геологоразведочный университет, 2003 - Т 3 -стр 12

Материалы докладов VII международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" [Конференция] / авт В В Романов // Возможности сейсморазведки для выделения залежей газ гидратов на суше - М Российский государственный геологоразведочный университет, 2005 - Т 2 - стр 306

Подпись автора В В Романов _

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Романов, Виктор Валерьевич

Введение.

1.1. Актуальность проблемы.

1.2. Цель работы.

1.3. Основные задачи.

1.4. Научная новизна работы.

1.5. Защищаемые положения.

1.6. Практическая значимость и результаты.

1.7. Личный вклад автора.

1.8. Фактический материал.

1.9. Публикация и апробация работы.

Глава 1. Программное обеспечение раздела "Физические основы сейсморазведки".

1.1. Поле сейсмических волн в идеально упругой однородной безграничной среде.

Обоснование выбора модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

1.2. Кинематика и динамика падающей, отраженной и проходящей волн в ВСП.

Обоснование выбора модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

1.3. Изохроны, лучи и годографы сейсмических волн.

Обоснование выбора модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

1.4. Эффективная скорость и ее свойства.

Обоснование выбора модели.

Исходная модель.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

1.5. Изучение влияния неидеально упругой среды на динамические параметры волны

Обоснование выбора модели.

Дано.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

Глава 2. Программно-алгоритмическое обеспечение раздела "Аппаратура и технология сейсморазведки".

2.1. Выбор оптимальной группы зарядов при взрывном возбуждении.

Обоснование выбора модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

2.2. Процессы в сейсмических приемниках.

Обоснование модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.:.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

2.3. Метод преломлённых волн.

Обоснование выбора модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

2.4. Расчет КНД группирования приемников и источников.

Обоснование модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

2.5. Вертикальное сейсмическое профилирование.

Обоснование выбора модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

2.6. Отраженные и преломленные волны в слоистых средах.

Обоснование выбора модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

Глава 3. Обработка и интерпретация данных.

3.1. Параметры системы наблюдений МОГТ.

Обоснование выбора модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы оценки эффективности МОГТ.

Рабочее окно программы проектирования параметров системы наблюдений МОГТ.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

3.2. Определение скоростного закона и введение кинематических поправок.

Обоснование выбора модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

3.3. Обработка данных метода отраженных волн по способу ОГТ.

Обоснование выбора модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Ход моделирования.

Основные результаты.

3.4. Построение структурной карты отражающего горизонта.

Обоснование выбора модели.

Исходные данные.

Особенности программного продукта.

Рабочее окно программы.

Входные параметры.

Рассчитываемые параметры и графики.

Порядок моделирования.

Основные результаты.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Система программно-алгоритмического обеспечения учебного курса сейсморазведки"

1.1. Актуальность проблемы

Современное развитие компьютерной техники открыло широкие возможности обработки, математического моделирования и визуализации сейсмических данных. Задачи, с которыми едва справлялись супер-ЭВМ прошлого поколения, в настоящее время успешно решаются даже на персональных компьютерах. Учитывая доступность ПК среднего и начального уровня, решение задач сейсморазведки с их помощью является весьма актуальным вопросом.

Анализируя опыт применения персональных компьютеров в сейсморазведке можно прийти к следующим выводам:

- Большинство программных продуктов в сейсморазведке предназначено для решения той или иной конкретной задачи в рамках организации, научного изыскания или учебного заведения.

- Использование комплекса программного обеспечения различного назначения при решении проблем сейсморазведки неэффективно в силу их отличий в идеологии и полной или частичной несовместимости.

- Большая коммерческая стоимость и повышенные требования к ресурсам компьютера промышленных программных продуктов ограничивает их системное применение.

В качестве примера в таблице 1 представлено программное обеспечение, используемое при преподавании специальных сейсмических курсов в Российском государственном университете нефти и газа.

Таблица 1 Базовый список программ, используемых при преподавании сейсморазведочных курсов

Название курса ПО и его краткая характеристика

Комплексирование геофизических методов Grapher, Surfer (Golden Software) - построение карт и разрезов Matlab - мат.моделирование и статистическая обработка данных

Алгоритмы и системы геофизической обработки и интерпретации Focus v.5.3. (Paradigm Geophysical) - обработка сейсмических данных GeoDepth - построение глубинно-скоростной модели

Системы сбора и интерпретации геофизической информации Geographix (Landmark) - интерпретация данных сейсморазведки DV1-Discovery - интерпретация данных сейсморазведки

Построение сейсмических изображений Tesseral - полноволновое моделирование, обработка модельных данных и АУО-анализ

По данным таблицы 1 видно, что решение комплексных задач сейсморазведки обычно разбивается на отдельные этапы, каждый из которых выполняется при помощи отдельного программного продукта. Подобный подход реализуется при проведении полевых работ и обработке данных в промышленных масштабах в основном по экономическим и технологическим соображениям.

Для специфических задач сейсморазведки, например проектирования параметров методики и преподавания курса сейсморазведки, принципиально важно целостное понимание объекта исследования. Объединение программного обеспечения в единую систему с использованием интерактивного подхода позволит полностью раскрыть потенциал компьютерной техники.

Особенно эффективным представляется использование системы программно-алгоритмического обеспечения на начальных стадиях изучения сейсморазведки в ВУЗах. Традиционно для обучения применяются громоздкие и рутинные ручные расчёты или работа в промышленных пакетах - Focus, ProMAX, Geovector и т.д. Обилие ручных расчётов часто оттеняет основные идеи решаемой проблемы и резко снижает оперативность обучения. Использование сложных, насыщенных функциями промышленных пакетов (рис 1) эффективно только на последних стадиях обучения, когда большинство их возможностей уже понято теоретически. Рисунок 1 Внешний вид окна процедуры пакета ProMAX при переводе SEG-D данных во внутренний формат программы. Изображение предоставлено сервисной компанией "ПетроАльянс"

I Output

Тур» of storage to им

Is the (UUut in the catalog Beloot TWE device Tape LADEL type

Specify MA£K fox external labels Specify HA3K list toe MUriMl labels Update LIU database at end оt input 7 Override input data's sample inLerval? Input data' e TRACK LENGTH

Starting sequential FILE masher 8EU-1) tape format MAXIMUM data block alee in by tee Turn on SEGD debug opt ionV Bypass ratal Errors?

Extract geometry tiom extended trace headers?

Extract extended geoemtry fro* extended tracts headers?

Honor tbe Trace Header Extension value (THE)?

Override tbe Trac* Meadei Extension value (THE)?

Auto adjust incorrect Lrace data length tor super Mocked traces?

Omit records of type. Speciiy Seismic Data channel rype(s) Specify Auxiliary Channel Typo(s) Specify Zero or Pad Channel Type(s)

Nuiber of errors in a low before ABORTING job? SEG-D main header Length (bytes) Display ensemble informat ion? SEG-D DATA format cods? MAXIMUM Uaoub pet teooid Input AUXILIARY traces? RECOkl) LENGTH to input SEKCEL insUueent type?

Apply pre-ampl if lei gain (2 •• MP factor)? Scan correction option laaepl* skew statics)? Gel. CMAMUEL Ш1ЫИКН (torn trace headers? Input PRIMARY selection choice? Input SECONDARY selection choice? Ивдер 8EGB suiu header values?

SEGD trace header values? Input Global KY reference coordinates? Save trace I TV values for HCAIH instrument Test?

Yes No

Get fro* header 0

Yes Ho 0.

Mot Sercel

Yes No

Get fro* header Yes No Input all Mone

No tdstoet* eadeheetiLation ion

Hi Monitor arirl itriti.uifi ЛоЬя

Между тем, в начале обучения у студента отсутствует понимание сейсморазведки как целостного метода познания геологической среды. Формирование такого знания возможно только при последовательном изложении, обилии и интерактивности визуального материала и единстве подхода к каждой рассматриваемой проблеме.

Примером системы программно-алгоритмического обеспечения является пакет "Seislab", созданный при поддержке ЮНЕСКО в 1991 году на геологическом факультете МГУ. С точки зрения возможностей современной компьютерной техники пакет является устаревшим, так как он совместим только с операционной системой MS-DOS, которая давно не используется. В пакете "Seislab" не отражены такие задачи, как теория сейсмоприёмника, ВСП, обработка данных ОГТ. В справочных материалах к пакету нет технологии использования пакета как учебной системы программного обеспечения.

Исследования автора диссертации развивают и дополняют основные идеи пакета на современном уровне развития компьютерной техники. Отличительной особенностью разработки автора является методический материал по технологии моделирования и анализ результатов, облегчающий использование предлагаемой системы как универсального инструмента решения общих проблем сейсморазведки.

Структура предлагаемой системы соответствует программе вузовской дисциплины "Сейсморазведка", утверждённой в 2001 году Министерством образования Российской Федерации для подготовки по специальности "Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых". Система состоит из трех основных глав, каждой из которых соответствует часть учебного курса.

Первая часть курса "Физические основы сейсморазведки" посвящена изучению элементов классической теории упругих волн в однородных средах, идеальных и реальных, особенностям формы годографов и вопросам моделирования волновых полей.

Во второй части курса "Аппаратура и технология сейсморазведки" изучаются основы сейсмической аппаратуры, осниовные методы и технологии получения сейсмических данных.

Третья часть курса "Обработка и интерпретация сейсморазведочных данных" освещает принципиальные подходы к решению обратной задачи, структуру процесса обработки, его основные этапы и результаты, на примере актуального и востребованного метода МОВ-ОГТ.

Одноименные главы настоящей работы раскрывают технологии моделирования приведенных понятий курса сейсморазведки с использованием программного обеспечения, созданного в диссертации. Связь между системой программно-алгоритмического обеспечения учебного курса сейсморазведки и разделами программ дисциплины отображена в таблицах 2,3,4.

Таблица 2 Разделы дисциплины сейсморазведка, часть "Физические и геологические основы ceйcмopaзвeдки,,

Название программы Изучаемые разделы

1 Изучение поля сейсмических волн в идеально упругой однородной безграничной среде Распространение упругих колебаний, продольные и поперечные волны

2 Кинематика и динамика падающей, отраженной и проходящей волн в ВСП Прямые, отраженные и проходящие волны

3 Изохроны, лучи и годографы сейсмических волн Лучи, изохронны, годографы волн различных типов

4 Эффективная скорость и ее свойства Кинематика отраженных волн

5 Изучение влияния неидеально упругой среды на динамические параметры волны Динамика отражённых волн в поглощающей среде

Таблица 3 Разделы дисциплины сейсморазведка, часть "Аппаратура и технология сейсморазведки "

Название программы Изучаемые разделы

1 Выбор оптимальной группы зарядов при взрывном возбуждении Источники колебаний

2 Процессы в сейсмических приемниках Сейсмоприёмники

3 Метод преломлённых волн Методы поверхностной сейсморазведки

4 Расчет КНД группирования приемников и источников Полевые технологии сейсморазведки

5 Вертикальное сейсмическое профилирование Методы скважинной сейсморазведки

6 Отраженные и преломленные волны в слоистых средах Моделирование, решение прямой и обратной задачи

Таблица 4 Разделы дисциплины сейсморазведка, часть "Обработка и интерпретация сейсморазведочных данных"

Название программы Изучаемые разделы

1 Параметры систем наблюдений МОГТ Системы наблюдений МОГТ

2 Определение скоростного закона и введение кинематических поправок Процедуры обработки, скоростной анализ, кинематические поправки

3 Основные процедуры обработки данных МОВ-ОГТ Процедуры обработки

4 Построение структурной карты отражающего горизонта Интерпретация данных

1.2. Цель работы

Разработка системы программно-алгоритмического обеспечения, предназначенной для решения задач сейсморазведки путём моделирования на персональных компьютерах современного уровня и использования в учебных целях.

1.3. Основные задачи

1. Разработка единой концепции системы программно-алгоритмического обеспечения сейсморазведки, основанной на целостном восприятии сейсморазведки как метода познания геологической среды

2. Постановка конкретных задач, решаемых в рамках системы и их структурирование

3. Выбор модели и диапазона параметров для каждой задачи

4. Разработка эффективных, надёжных и простых алгоритмов решения поставленных задач

5. Создание, отладка и тестирование программного обеспечения

6. Выработка и опробование технологии работы с созданным программными обеспечением

7. Анализ полученных результатов

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Романов, Виктор Валерьевич

Выводы по главе 3

Третья глава диссертации отражает основные вопросы обработки и интерпретации данных ключевого метода сейсморазведки МОВ-МОГТ. В главе рассматриваются основные процедуры обработки с позиций их расположения в стандартном графе. Исследования на различных наборах исходных данных выявили следующие особенности программного обеспечения системы:

-Наглядность и последовательность представления основных этапов обработки - анализ геометрии, ввод статических и кинематических поправок, суммирование.

- Качественное и количественное проявление таких особенностей обработки как зависимость эффективности суммирования от системы наблюдений, растяжение импульса при вводе кинематических поправок и т.д.

-Использование базовых алгоритмов обработки МОГТ в программах системы развивает навыки работы в производственных пакетах.

- Возможность анализа и проектирования геометрии позволяет применять соответствующее программное обеспечение для целей проектирования в совокупности с программами второй и первой главы диссертации.

В целом, третья глава диссертации логически продолжает и завершает предыдущие главы, полностью соответствуя программе учебного курса сейсморазведки по основным его разделам.

Заключение

В результате работы над диссертацией была спроектирована и создана система программно-алгоритмического обеспечения учебного курса сейсморазведки. При программировании системы подбирались наиболее простые и понятные алгоритмы, обеспечивающие оперативное моделирование сейсмических данных для возможности быстрого перебора вариантов исходных данных. Созданная система состоит из 16 программ, которые в совокупности образуют целостную картину восприятия сейсмического метода исследований и могут быть использованы для решения разнообразных проблем, которые охватывают самые различные раздела сейсморазведки. Выявленные в ходе моделирования и его анализа закономерности подтверждаются многочисленными теоретическими и практическими исследованиями разных авторов, что говорит о работоспособности и эффективности системы.

Установлено, что система имеет научно-практическое значение при решении следующих задач:

1. Моделирование волновых процессов, работы сейсмической аппаратуры, сейсмограмм различных методов получения данных, процедур обработки и интерпретации, представления сейсмических данных.

2. Проектирование основных параметров методики - системы наблюдений, источников и приемников, группирования, параметров записи.

3. Преподавание общего курса сейсморазведки и его специальных разделов.

4. Выработка практических навыков при работе с основными процедурами получения, обработки и интерпретации сейсморазведки

5. Верификация адекватности сейсмогеологических моделей при анализе сейсмического материала.

6. Оценка эффективности различных процедур обработки метода ОГТ для волн с различными динамическими и кинематическими параметрами.

7. Определение возможности и эффективности выделения сейсморазведкой геологических объектов с различными упругими свойствами.

8. Сопоставление модельных данных наземных (MOB, МПВ, МОВ-ОГТ) и скважинных (ВСП) методов

9. Отображение полученных данных в традиционных видах, применяемых в сейсморазведке - сейсмограмм, спектров, импульсов, лучевых схема и полей времен

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Романов, Виктор Валерьевич, Москва

1. Авербух А.Г. Интерпретация материалов сейсморазведки преломлёнными волнами. М:Недра. 1975

2. Беспятов Б.И., Методические основы повышения эффективности сейсморазведки методом отражённых волн. Издательство Саратовского университета, 1972

3. Боганик Г.Н., Гурвич И.И. Сейсморазведка: Учебник для вузов. -Тверь: Издательство АИС, 2006

4. Боганик Г.Н., Гурвич И.И. Учебник для вузов. М. : Издательство Недра, 1980

5. Бондарев В.И. Основы сейсморазведки. Екатеринбург: Издательство УГТГА, 2003

6. Бондарев В.И. Крылатков С.М. Исследование эффективности интерференционных систем приёма. Екатеринбург: Издательство УГГГА, 1998

7. Гальперин Е.И. Вертикальное сейсмическое профилирование М.: Недра. 1982

8. Гамбурцев Г.А. Основы сейсморазведки. М: Гостоптехиздат. 1959.

9. Гогоненков Г.Н. Изучение детального строения осадочных толщ сейсморазведкой. М.Недра.1987.

10. Ю.Гольдин С.В. Интерпретация данных сейсмического метода отражённых волн. М:Недра. 1987

11. Гурвич И.И. Сейсморазведка. Изд. 3-е перераб., доп. М. Недра, 1975

12. Динамические характеристики сейсмических волн в реальных средах, 1962/ Под ред. И.С.Берзона. М.: Издательство АН СССР

13. Знаменский В.В. Полевая геофизика. М., Недра, 1980

14. Инструкция по сейсморазведке. JI. Недра. 1986.

15. Интерпретация данных сейсморазведки: Справочник/ Под редакцией О.А. Потапова. М.: Недра, 1990

16. Кауфман А.А., Левшин А.Л. Введение в теорию геофизических методов. Часть 3. Акустические и упругие волновые поля в геофизике М.: ООО Недра-Бизнесцентр. 2001.

17. Казаков А.Т., Методика и техника взрывных работ при сейсморазведке. Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы

18. Кауфман А.А., Левшин А.Л., Ларнер К.Л. Введение в теорию геофизических методов. Часть 4. Акустические и упругие волновые поля в геофизике М.: ООО Недра-Бизнесцентр. 2003.

19. Козлов Е.А. Суммирование сейсмограмм линейными и нелинейными функциями запаздывания. Прикладная геофизика, вып. 76. стр 3-11

20. Козлов Е.А., Гогоненков Г.Н., Лернер Б.Л и др., Цифровая обработка сейсмических данных. М., "Недра", 1973

21. Козлов Е.А. Распознавание и подавление кратных волн в сейсморазведке. М: Недра. 1982

22. Королев JI.H. Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение. М.:Наука, 1978

23. Мешбей В.И. Методика многократных перекрытий в сейсморазведке. -М: Недра, 1985

24. Мешбей В.И. Сейсморазведка методом общей глубинной точки. М: Недра. 1973

25. Палагин В.В., Попов А.Я., Дик П.И., Сейсморазведка малых глубин. М:Недра. 1989.

26. Полшков М.К., Козлов Е.А., Мешбей В.И. и др., Системы регистрации и обработки данных сейсморазведки. М.: Недра, 1984

27. Потапов О.А. Организация и технические средства сейсморазведочных работ. М.:Недра. 1989

28. Применение эффективной сейсмической модели. Н.И.

29. Берденникова, Г.В. Голикова, А.В. Гроссмейн и др. М.Недра. 1992

30. Птецов С.Н. Анализ волновых полей для прогнозирования геологического разреза. М.: Недра. 1989.

31. Пузырёв Н.Н. Временные поля отражённых волн и метод эффективных параметров. Новосибирск: Издательство "Наука", 1979

32. Пузырёв Н.Н. Методы и объекты сейсмических исследований. Новосибирск: Издательство СО РАН. 1997.

33. Рапопорт М.Б. Автоматическая обработка записей колебаний в сейсморазведке. М., Недра, 1973

34. Раппопорт М.Б. Вычислительная техника в полевой геофизике. М: Недра. 1993.

35. Ризниченко Ю.В. Сейсморазведка слоистых сред. М.: Недра. 1985

36. Рябинкин JI.A. Теория упругих волн. М:Недра.1987.

37. Савелов Р.П. Метод общей глубинной точки в сейсморазведке MOB. Учебное пособие по спецкурсу. Пермь: Пермский ун-т, 1981

38. Сейсморазведка. Справочник геофизика/ Под ред. И.И. Гурвича, В.П. Номоконова. М : Издательство Недра, 1981

39. Соколов П.Т. Физические и теоретические основы сейсмического метода геологической разведки. Горно-геол. нефт. изд-во, 1933

40. Старобинец А.Е., Старобинец М.Е. Цифровая обработка и интерпретация данных метода преломлённых волн М./Недра, 1983

41. Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки/ Под ред. М.Б. Шнеерсона. М.: ОАО "Издательство Недра", 1998

42. Уайт Дж.Э. Возбуждение и распространение сейсмических волн. М.:Недра. 1986

43. Урупов А.К. Изучение скоростей в сейсморазведке М., Недра, 1966

44. Федынский В.В. Разведочная геофизика. Изд 2-е, перераб., доп. М., Недра, 1967.

45. Шнеерсон М.Б. Майоров В.В. Наземная сейсморазведка с невзрывными источниками колебаний.- М., Недра, 1980

46. Шерриф Р., Гелдарт JI. Сейсморазведка. М: Мир. 19871. Список иллюстраций

47. Рисунок 1 Внешний вид окна процедуры пакета РгоМАХ при переводе SEG-D данных во внутренний формат программы. Изображениепредоставлено сервисной компанией "ПетроАльянс".9

48. Рисунок 2 Годограф падающей волны.20

49. Рисунок 3 График зависимости амплитуды волны от удаления.20

50. Рисунок 4 Система наблюдений и модель среды.22

51. Рисунок 5 Корреляция волн по первому вступлению.23

52. Рисунок 6 Вертикальные годографы, полученные в результатекорреляции сейсмограммы ВСП.26

53. Рисунок 7 Годографы обменных и монотипных волн.30

54. Рисунок 8 Модель среды и система наблюдений.31

55. Рисунок 9 Лучи отраженных волн от границ Ri и R.2.32

56. Рисунок 10 Зависимость относительного превышения эффективной скорости над средней (8Уэф ) при однородном строении покрывающей толщи35

57. Рисунок 11 Зависимость относительного превышения эффективной скорости над средней (5Уэф ) при неоднородном строении покрывающейтолщи.36

58. Рисунок 12 Модель поглощающей среды.38

59. Рисунок 13 Зависимость частоты и амплитуды отраженной волны отвремени нормального падения.42

60. Рисунок 14 Определение коэффициента и параметра поглощения.42

61. Рисунок 15 Зависимость динамических параметров отражённой волны от массы заряда.48

62. Рисунок 16 Принцип работы сейсмоприемника.49

63. Рисунок 17 Амплитудно-частотная характеристика для оптимальногозначения параметра затухания.52

64. Рисунок 18 Фазово-частотная характеристика для оптимальногозначения параметра затухания.53

65. Рисунок 19 Собственный процесс для оптимального значения параметразатухания.53

66. Рисунок 20 Корреляция преломлённой волны в первых вступлениях.54

67. Рисунок 21 Встречные годографы метода МПВ.55

68. Рисунок 22 Использование нагоняющих годографов.55

69. Рисунок 23 Модель изучаемой среды.56

70. Рисунок 24 Обработка данных по методу t0'.59

71. Рисунок 25 Построение глубинного разреза.59

72. Рисунок 26 Пример интерференционной системы.60

73. Рисунок 27 Пример подавления плоской волны группой из п элементов61

74. Рисунок 28 Пример изображения групп параметров групп.65

75. Рисунок 29 Влияние группирования приемников на амплитуду плоскойволны.66

76. Рисунок 30 Влияние совместного группирования источников иприемников на амплитуду плоской волны VK.66

77. Рисунок 31 Выделение пласта по вертикальному годографу падающейволны.67

78. Рисунок 32 Вертикальные годографы.70

79. Рисунок 33 Разбиение вертикального годографа.71

80. Рисунок 34 Представление результатов.72

81. Рисунок 35 Зависимость крутизны годографов отражённых волн от t0.80 Рисунок 36 Влияние динамических факторов на амплитуды отражённых волн.81

82. Рисунок 37 Кратные волны на сейсмограмме мешают выделениюполезных отражений.84

83. Рисунок 38 Пример содержимого файла Data, лист MainGeometry.89

84. Рисунок 39 Пример содержимого файла Data, лист SecondaiyGeometiy89

85. Рисунок 40 Фрагмент файла SHOTCDP, лист SHOT.91

86. Рисунок 41 Фрагмент файла SHOTCDP, лист CDP.91

87. Рисунок 42 Определение эффективных параметров отражения.93

88. Рисунок 43 Скоростной закон.96

89. Рисунок 44 Модель пластовых скоростей.97

90. Рисунок 45 Искажения импульса при вводе кинематических поправок.97

91. Рисунок 46 Лучевая схема способа ОГТ.98

92. Рисунок 47 Исходные (неисправленные) годографы ОГТ.101

93. Рисунок 48 Суммарные статические поправки.101

94. Рисунок 49 Годографы ОГТ после введения статических поправок.102

95. Рисунок 50 Введение статических поправок (справа) в исходныесейсмограммы МОГТ (слева).102

96. Рисунок 51 Проведение скоростного анализа для одного отражения. 103 Рисунок 52 Кинематические поправки, рассчитанные по параметрамполезного отражения.104

97. Рисунок 53 Годографы ОГТ после ввода статических и кинематическихпоправок.104

98. Рисунок 54 Результат введения кинематических поправок (справа) всейсмограмму ОГТ с статическими поправками (слева).105

99. Рисунок 55 Результат суммирования по ОГТ(справа).105

100. Рисунок 56 Профиль на структурной карте и ожидаемый временнойразрез.108

101. Рисунок 57 Структурная карта, полученная по сети профилей.109