Математическое моделирование в сейсморазведке (стр. 4 из 10)

Лекция 4

Достижение подобного качества РВР естественно накладывает более жесткие требования на методику полевых наблюдений и последующую обработку сейсмических данных.

§ 3.1.1. Методика полевых наблюдений

Как известно, требования повышения отношения сигнал/помеха и увеличения разрешенности записи в какой-то мере противоречивы. Поэтому на практике важно определить, какое из этих требований является доминирующим при изучении того или иного геологического объекта. Например, при изучении рифогенных построек, грабенообразных прогибов и др. прежде всего нужно обеспечить высокое отношение сигнал/помеха, а при выявлении зон выклинивания и стратиграфического несогласия, первостепенным становится требование высокой разрешенности сейсмической записи.

На поисковом этапе исследований, в целях выявления рифогенных образований, грабенообразных прогибов, выступов кристаллического фундамента методика полевых работ может быть близка к производственной или отличаться от нее некоторым увеличением мощности интерференционных систем при возбуждении и приеме. Основные элементы такой методики следующие:

1) плотность сети профилей 1,5–2,0 пог. км на 1 км²;

2) схема наблюдения – в основном центральная;

3) кратность перекрытия 12 или 24;

4) максимальное расстояние взрыв – прибор Х_max = 1700–2500 м;

5) вынос 25–200 м;

6) расстояние между каналами 40–50 м;

7) группирование сейсмоприемников до 36 на канал, причем расположение приемников в одну или две линии на базе не более 50 м;

8) возбуждение – взрывы в одиночных скважинах с оптимальной глубины или из группы мелких (4–5 м) скважин на базе не более 40–50 м.

При детальных исследованиях требования к методике полевых наблюдений повышаются и сводятся к следующему.

1) плотность профилей должна быть не менее 3 пог. км на 1 км², причем при детализации, например, грабенообразных прогибов большую часть профилей следует ориентировать вкрест прогиба с расстоянием между ними не более 500 м;

2) в целях повышения пространственной разрешенности расстояние между каналами не должно превышать 25–30 м;

3) группирование сейсмоприемников увеличивается до 48–60 элементов на канал, причем эти элементы располагаются по площади в виде 4–5 параллельных ниток; база группы должна быть не более 50 м.

§ 3.1.2. Методика цифровой обработки

Независимо от содержания решаемой геологической задачи методика обработки должна предусматривать получение временных разрезов с сохранением истинных амплитуд, с высокой разрешенностью отражений, с высоким соотношением сигнал/помеха, а также обеспечивать возможность высокоточного определения интервальных скоростей.

Выполнение указанных требований достигается при использовании усложненного графа обработки, содержащего следующие процедуры:

1) демультиплексация цифровых записей (DMXT);

2) редакция (REDX);

3) коррекция амплитуд за геометрическое расхождение и поглощение (RAMP);

4) вычитание среднескоростных волн-помех (RECON);

5) минимально-фазовая деконволюция исходных записей (DECVTX);

6) широкополосная фильтрация исходных записей (FILVTX);

7) коррекция амплитуд за неидентичность условий возбуждения и приема (NORM);

8) коррекция статических поправок (SUMLAK);

9) коррекция кинематических поправок (сканирование или вертикальные спектры, KINVC);

10) автоматическая коррекция статических поправок (PAKS);

11) накапливание по ОГТ (SUMLC);

12) погоризонтный анализ скоростей (горизонтальные спектры скоростей, HORSP);

13) независимая потрассовая коррекция остаточных фазовых сдвигов в нескольких временных окнах (WINCOR);

14) когерентная фильтрация (AMCOD);

15) нуль-фазовая деконволюция по разрезу (ZEDEC);

16) широкополосная фильтрация по разрезу (FILVTX);

17) когерентная фильтрация (AMCOD);

18) миграция (MIGFK);

19) псевдоакустический каротаж (РАК).

Раздел 3.2. Выбор способа решения прямой
динамической задачи

При использовании математического моделирования для целей интерпретации сейсмических данных возникает вопрос о выборе способа вычисления теоретического волнового поля. В последнее время для двумерного моделирования получили распространение способы, основанные на лучевом приближении, и более точные способы, базирующиеся на решении дифракционного уравнения Кирхгофа или волнового уравнения в конечных разностях. Выбор способа является, прежде всего, вопросом методическим. Однако нельзя забывать и о стоимостной стороне дела, поскольку затраты машинного времени при вычислениях по точным способам, например по алгоритму Трорея – Хилтермана, для некоторых, даже не очень сложных моделей, могут быть на один-два порядка выше, чем при вычислениях в лучевом приближении. Особенно остро вопрос о выборе способа вычислений стоит при использовании моделирования в итеративном режиме, когда предполагается многократное вычисление СВР.

При выборе способа его вычисления естественно исходить из того класса сейсмологических моделей, который предопределен решаемой при интерпретации геологической задачей. Зафиксировав этот класс моделей, нужно соотнести его с наиболее существенными допущениями, на которых построены конкретные вычислительные алгоритмы. Отправными здесь являются следующие соображения. Теория распространения сейсмических волн на основе лучевых представлений геометрической сейсмики предполагает, прежде всего, абсолютную локальность сейсмических лучей, что равносильно утверждению о бесконечно малой длине волны, а также распространение энергии волны по лучу и зеркальное ее отражение в единственной точке. Согласно волновым представлениям, полная энергия сейсмической волны есть результат суммирования элементарных волн, при этом в одну и ту же точку приема приходит энергия, отраженная от некоторого участка границы, которая, таким образом, должна иметь определенную протяженность. Вследствие этого возникают явления дифракции, благодаря которым у окончаний границ не наблюдается резкого обрыва отраженных волн. При падении плоской волны на границу, содержащую резкие перегибы, их экстремальные точки являются источниками дифрагированных волн. Эти и некоторые другие явления не могут быть рассчитаны в лучевом приближении.

Для оценки величины области формирования отраженного импульса обычно используется параметр первой зоны Френеля F, который рассчитывается по известной формуле:

,

где Н – глубина залегания отражающей границы; l – длина волны. Если протяженность отражающего элемента, связанного с какой-либо неоднородностью в геологическом разрезе, составляет величину F зоны Френеля и более, то этот элемент отобразится на временном разрезе с максимальной амплитудой, соответствующей отражению от бесконечно длинной границы. При уменьшении горизонтальных размеров элемента (меньше F) он будет отображаться на временном разрезе с заметным уменьшением амплитуды, все меньше походить на отражение и все больше приобретать вид дифракции, соответствующей отражающей точке.

В связи с этим для практики моделирования большое значение имеет определение хотя бы примерного набора структурных и стратиграфических моделей, для которых ограничения лучевой теории могут оказаться неприемлемо жесткими и для построения СВР потребуются способы, основанные на волновой теории. Далее рассмотрим примеры таких моделей, причем выбранные модели соответствуют геологическим объектам, нередко обнаруживаемым в Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Для каждой модели вычислялись СВР по двум программам: по программе, алгоритм которой основан на лучевых представлениях, и по программе, реализующей численное решение дифракционного уравнения Кирхгофа.

В первой программе СВР вычисляется путем поиска траекторий нормальных лучей для заданных пунктов взрыва-приема (ПВП) и определения амплитуд отраженных волн. В основу алгоритма второй программы положена простая теория дифракции А. Трорея, которую модифицировал Ф. Хилтерман для случая многослойной среды.

§ 3.2.1. Пример 1. Моделирование микрограбенов

Данный пример (рис. 5) иллюстрирует отличие волновых полей от грабенообразных прогибов при различной их ширине. Последняя варьировалась, исходя из величины зоны Френеля, которая для модели на рис. 5, а при видимой длине волны l = 160 м и глубине границы Н = 2400 м составляет F = 880 м. Поэтому ширина грабенов была задана следующей: l₁ = 0,5F = 440 м, l₂ = F = 880 м, l₃ = 2F = 1760 м.

На временных разрезах, полученных в лучевом приближении (рис 5, б), можно видеть адекватное отображение всех элементов модели грабенообразного прогиба независимо от его ширины. На временных разрезах, полученных по алгоритму Трорея – Хилтермана, наблюдается отчетливая зависимость волновой картины от ширины грабена: при ширине грабена меньше зоны Френеля происходит перекрытие разрыва в отражающих границах за счет дифракции, и при l₁ = 0,5F разрыв практически незаметен. Существование его можно обнаружить лишь по небольшой аномалии времени и по некоторому ослаблению амплитуд. Это надо учитывать при практической интерпретации временных разрезов, чтобы избежать неправильных выводов относительно ширины прогиба, пределов распространения вверх по разрезу разрывных нарушений и самого существования прогиба.