Кафедра загальної та прикладної геофізики
Курсова робота з теорії поширення сейсмічних хвиль
тема:
Способи введення та корекції
кінематичних поправок
Дубна, 2006

Зміст
Введення
Теоретична частина
Введення кінематичних поправок
Розрахунок і корекція вихідних (апріорних) кінематичних поправок
Розрахунок кінематичних поправок
Корекція кінематичних поправок
Визначення кінематичних поправок за профілем
Практична частина
Параметри для процедури NMO / NMI
Введення постійної швидкісного закону
Введення швидкісного закону, попередньо збереженого в базі даних проекту
Висновок
Список літератури

Введення

Сейсмічна розвідка (сейсморозвідка) є одним з провідних геофізичних методів дослідження структури, будови і складу гірських порід. Сейсмічні дослідження земної кори і є загальновизнаним способом її вивчення; в даний час сейсморозвідка досягла досить високого рівня досконалості. Всередині неї сформувалося багато різних напрямків та модифікацій, які в силу сформованої в геофізичної літературі термінологічної практики отримали назву методів. Загальне число методів сейсморозвідки дуже велика, однак, на виробництві фактично широко використовується лише обмежене їх число.
Сейсмічні методи широко використовуються при вирішенні завдань регіональної геології, пошуках і розвідки різних твердих корисних копалин, при виконанні різноманітних інженерно-геологічних вишукувань. Проте особливо широко і ефективно сейсморозвідка використовується при пошуках і розвідці родовищ нафти і газу.
Можливість використання сейсмічної розвідки для вирішення перерахованих вище задач базується на тому факті, що різні гірські породи, як правило, мають різні швидкості поширення пружних хвиль. Така відмінність у швидкостях поширення пружних хвиль, у поєднанні з диференціацією гірських порід за іншим фізичним властивостям (щільності, пористості тощо), створює приємні передумови для виникнення на кордонах різних геологічних утворень процесів відображення і / або заломлення пружних хвиль. Відповідно до назви цих процесів в сейсморозвідці існує два основні методи - метод відбитих хвиль (МОВ) і метод заломлених хвиль (МПВ).
Метод відбитих хвиль заснований на вивченні особливостей поширення пружних хвиль, що відбилися від кордону розділу двох геологічних шарів, що розрізняються за своїм фізичним властивостям. Вимірюючи часи пробігу пружної хвилі від джерела до кількох точок спостереження на поверхні землі, в процесі подальшої обробки цих даних можна отримати уявлення як про просторове положення відбиває кордону (глибині її залягання, кутом нахилу і т.д.), так і про деякі властивості середовища , що лежить вище відбиває кордону.
Основним сучасним варіантом реалізації МОВ є метод спільної глибинної точки (МОГТ), запропонований у США в 1950 р . У. Г. Мейн. Його основою є: складні системи багатократних перекриттів, сортування вихідних трас в сейсмограми ОГТ за принципом належності до загальної середньої точці (середина відстані джерело - приймач), розрахунок і введення статичних і кінематичних поправок, подальше підсумовування трас сейсмограм ОГТ в одну суммотрассу для кожної загальної середньої точки. Отримана сукупність суммотрасс для загальних середніх точок представляється головний результат МОГТ - тимчасового розріз МОГТ.
Принципові гідності МОГТ полягають в тому, що в процесі отримання тимчасових розрізів істотно ослаблені як регулярні (кратні і обмінні), так і нерегулярні хвилі-перешкоди. Обробка даних МОГТ виконується на ЗВМ по складних і розгалуженим графам, що представляє високі вимоги до швидкодії і пам'яті використовуються ЕОМ.
Процедура введення кінематичних поправок вирішальним чином впливає на якість підсумовування і, отже, на якість одержуваних тимчасових розрізів. Апріорна інформація про розрізі, необхідна для введення кінематичних поправок, завжди відома лише приблизно. Тому на наступних етапах обробки виникає необхідність проведення корекції вводяться кінематичних поправок.
У цій роботі розглянуті етапи введення і корекції кінематичних поправок в системі RadExPro.

Теоретична частина

Введення кінематичних поправок

Як вже говорилося вище, відбита від кордонів хвиля підходить до приймачів в моменти часу, що залежать від видалення приймача від джерела. Ці тимчасові затримки коригуються таким чином, щоб часи приходу відбитої хвилі на всіх трасах стали однаковими і рівними подвійному часу пробігу, яке спостерігалося б на трасі з нульовим видаленням (тобто при суміщеному положенні приймача і джерела).
Небажаний побічний ефект введення кінематичних поправок проявляється в деформації (розтягненні) сейсмічного сигналу. У результаті введення цих поправок всі дельта-імпульси, відповідні коефіцієнтам відбиття, повинні зрушити на свої правильні часи для нульового видалення. Взагалі кажучи, величина необхідного зсуву безперервно змінюється від відліку до відліку вздовж траси відповідно до формули розрахунку кінематичної поправки. На реальних трасах замість дельта-імпульсів присутні сейсмічні хвильові імпульси, у відліки яких при введенні кінематичних поправок вносяться різні часові зрушення. У результаті, як показано на рис. 1, форма імпульсу спотворюється. Цей ефект стає яскраво вираженим при великій швидкості зміни кінематичної поправки (величина самої поправки тут ролі не грає) і зазвичай проявляється на великих віддалях і малих часи. Локальні зони розтягування спостерігаються іноді і на великих часах при різкому стрибку швидкості.
Як видно на рис. 1, кінематичні поправки не можна округляти до цілого числа відліків, не ризикуючи неприпустимо спотворити форму імпульсу, тобто тут необхідна інтерполяція. Важливу роль відіграє якість інтерполяції, особливо на тих ділянках, де введення кінематичних поправок призводить до сильного розтягування імпульсів.

Рис. 1. Спотворення сигналу при введенні кінематичних поправок - фрагмент траси до (а) і після (б) введення поправок.
Розтягування тимчасової шкали при введенні кінематичних поправок накладає обмеження на мінімальний час реєстрації відбитків від дна і дрібних кордонів. Ці обмеження залежать від застосовуваної системи спостережень. Так, при звичайній глибині сейсмічної приймальні коси і видаленні від джерела 250 м відображення з подвійними часом пробігу, меншими 200-300 мс, для інтерпретації будуть практично непридатні. Недостовірними будуть як часи, так і форма таких віддзеркалень. До речі, це може відбуватися і з інших причин, наприклад через переважання енергії заломлених або прямих хвиль, а також з-за великих кутів підходу хвиль до приймальні групі. При використанні приймальні коси з високою роздільною здатністю при видаленні 50 м від джерела відображення з часами приходу більше 30 мс зазвичай не спотворюються.
Розтягування імпульсу, відбитого від неглибокого дна, виявляється найбільш сильним у разі, коли придонний шар характеризується високою швидкістю і швидкість підсумовування швидко зростає з глибиною. Щоб на розрізі не спотворювалася конфігурація дна і придонних кордонів, задають явно завищену швидкість підсумовування. Для захисту від придушення неглибоких віддзеркалень при підсумовуванні за допомогою мьютінга скорочують кратність підсумовування в цій зоні до одиничною. Такий компромісний підхід дає в результаті правильну картину просторового розташування структурних особливостей, але неправильну їх прив'язку за часом.

Розрахунок і корекція вихідних (апріорних) кінематичних поправок

Розрахунок кінематичних поправок

Методика розрахунку і корекція кінематичних поправок є найбільш розробленою процедурою цифрової обробки. Це пов'язано з особливою важливістю даної процедури при нагромадженні по ВГТ.
Введення кінематичних поправок до сейсмограми ОГТ здійснюють з метою трансформації осей синфазности одноразово - відбитих хвиль в лінії = Const, де   - Подвійний час пробігу хвилі по променю, нормальному до кордону розділу. Вираз, що визначає кінематичну поправку для даної точки прийому з абсцисою , Має вигляд:
_,
де - Час вступу відбитої хвилі в точку прийому з абсцисою .
,
де - Ефективна швидкість поширення хвилі до даної точки відображення; - Кут нахилу кордону розділу.
Величина звана фіктивної швидкістю, визначає точність розрахунку кінематичної поправки. Оскільки на початковому етапі обробки відомості про величини і дуже приближені, значення і визначаються з похибками. Тому в практиці обробки передбачаються два етапи визначення кінематичних поправок.
На першому етапі розраховують вихідні (апріорні) кінематичні поправки на основі апріорних даних про моделі середовища. При цьому отримують грубу оцінку кінематичної поправки. Сейсмічна запис у розрахунку вихідних кінематичних поправок не бере участь.
На другому етапі виконують корекцію вихідних кінематичних поправок з використанням сейсмограм, що базується на способах різночасного криволінійного аналізу по віялу гіпербол (парабол). Суть криволінійного аналізу полягає в переборі значень і пошуку даних, при яких максимізується результат перетворення по заданому оператору обробки.
У результаті знаходять небудь додаткові кінематичні виправлення, що дають в сумі з вихідними скориговану поправку, або повну кінематичну поправку , Що забезпечує оптимальний ефект підсумовування. Враховуючи, що визначення скоригованих кінематичних поправок здійснюють у процесі багаторазового перетворення сукупності сейсмограм з використанням досить складних операторів, що вже на цьому початковому етапі обробки виникає необхідність в оптимальному побудові алгоритму.
У більшості сейсмогеологічних ситуацій вихідну кінематичну поправку розраховують за формулою для нормального збільшення годографа ОГТ відбитої хвилі в однорідному середовищі з горизонтальними кордонами розділу:

;
тут або ефективна , Або середня швидкість.
Різниця між і шуканої величиною визначається різницею між прийнятою для розрахунку швидкістю і швидкістю . У реальних умовах на швидкість впливає кут нахилу, шаруватість середовища і криволінійність кордону. Недостатнє знання всіх цих характеристик і особливостей їх зміни по лінії профілю призводить до погрішностей визначення кінематичних поправок.
Функцію зазвичай задають у вигляді ламаної лінії значеннями і у вузлових точках. Значення для проміжних часів визначають на основі лінійної інтерполяції. Тому інтервали вибирають з умови, при якому похибка розрахунку вихідної кінематичної поправки на крайньому каналі , Обумовлена ​​похибкою , Не перевищує кроку квантування . Таке завдання апріорної інформації про швидкостях застосовують після корекції кінематичних поправок, коли знайдені оптимальні значення кінематичної поправки зростає із збільшенням абсциси точки прийому і зазвичай зменшується з ростом . Оскільки на практиці сейсмограмі являє собою сукупність відлікових значень, заданих за кроком квантування кінематичну поправку також розраховують із заданим кроком. Тому інтервали між зламами кривої вибирають з умови, при якому похибка розрахунку , Обумовлена ​​відхиленням реальної кривої від апроксимуючої її прямий, не перевищує кроку квантування . Іноді вихідні кінематичні поправки розраховують з використанням більш складних моделей середовищ. При цьому розглядають як нормальне прирощення годографа, тобто умова припускають справедливим.
Поправки розраховують з точністю до кроку квантування вихідного запису. Це дозволяє залежність для даного каналу сейсмограм ОГТ з абсцисою на всьому інтервалі представити у вигляді ступінчастої функції (рис. 2), у якій кожне наступне значення змінюється на заданий крок .

Рис. 2 Ступенева функція
Виходячи з умови дискретності введення кінематичної поправки , А також з того, що зі зростанням часу сукупність поправок для всіх значень можна замінити поправкою для початкового і таблицею часів , На яких поправка послідовно зменшується на крок . Тому вихідні кінематичні поправки доцільно розраховувати не в циклі обробки для кожного відлікового значення , А заздалегідь. Таблиці значень , і пікетів профілю, яким відповідають прийняті для розрахунку значення , Запам'ятовуються на магнітній стрічці, оскільки при подальшій обробці до них можуть неодноразово звертатися.

Корекція кінематичних поправок

Скориговані кінематичні поправки визначають на основі різночасного аналізу сейсмограми ОГТ по віялу гіпербол (парабол), що перетинаються на трасі з абсцисою . Схематично процес такого аналізу зводиться до наступного. Ставлять набір з значень , В межах якого укладено значення фіктивної швидкості для шуканої хвилі. Для кожного значення за формулою:

розраховують годографи ОГТ відбитої хвилі на базі, рівній базі спостереження. Підсумовуючи відлікові значення вздовж розрахованих годографів, перетворять сейсмограму ОГТ в - Канальну суммоленту ВГТ. Параметром кожної траси суммоленти є прийняте для її розрахунку значення .
У всіх випадках, коли , Сигнали сумують з фазовими зрушеннями. Тільки при спостерігається синфазное підсумовування. У результаті на суммоленте регулярна хвиля реалізується у вигляді розростання амплітуд з максимумом при . Виділивши на реалізації розростання максимум, знаходять шукане значення , За яким розраховують шукану кінематичну поправку .
Даний принцип прийнятий за основу в різних робочих алгоритмах, що розрізняються використанням більш завадостійких, ніж просте підсумовування, операторів різночасного криволінійного аналізу, який з метою мінімізації часу рахунки виконують не безперервно повремени, як це роблять при отриманні суммоленти, а в дискретних точках (Вертикальні спектри) з кроком (Звичайно через 25-100 мс), або на фіксованих для кожної сейсмограми ОГТ часи , Відповідних лінії горизонту на часовому розрізі (горизонтальні спектри). Разом з тим, всі різновиди способів визначення скоригованих кінематичних поправок засновані на різнотривалому аналізі по віялу гіпербол (парабол).
Застосування більш складних, ніж звичайне підсумовування, операторів призводить до більш складним перетворенням відлікових амплітуд, що збігаються з тим або іншим гіперболічним напрямком. Це роблять для того, щоб в умовах, коли можливий амплітудний і фазовий розкид сигналів, ускладнених взаємної інтерференцією регулярних хвиль, не формувалися помилкові максимуми розростань.
У практиці обробки застосовують кілька способів різночасного аналізу, в кожному з яких можна використовувати той чи інший оператор максимізації з метою пошуку кінематичної поправки. Різниця в способах визначається характером використовуваної сейсмічного запису (введені або не введені вихідні кінематичні поправки), змінними параметрами і можливістю одночасно перетворюваної інформації.
Перший спосіб полягає в різнотривалому аналізі сейсмограми ОГТ по пучку гіпербол, заданих таким чином, щоб утворюється в результаті безперервного по перетворення траса суммоленти (якщо застосовується оператор підсумовування) задовольняла умові .
Другий спосіб - різночасові аналіз сейсмограм ОГТ по віялу гіпербол, зсув між якими на крайньому каналі є величина постійна. Цей спосіб аналізу найбільш широко використовують в різних алгоритмах визначення скоригованих кінематичних поправок.
Третій спосіб полягає в різнотривалому аналізі по набору парабол другого ступеня. Якщо в сейсмограму ОГТ були введені вихідні кінематичні поправки, годограф відбитої хвилі трансформується в параболу другого ступеня. Отже, різночасно аналіз сейсмограми, скоригованої вихідними (апріорними) кінематичними поправками, може бути реалізований за віялу парабол другого ступеня. Віяло парабол задають таким чином, щоб забезпечувався постійний зсув на крайньому каналі сейсмограми між двома сусідніми лініями аналізу. Даний спосіб має серйозні обмеження, пов'язані зі спотворенням сигналів у процесі введення вихідних кінематичних поправок.
Четвертий спосіб - спільне перетворення сукупності сейсмограм ВГТ. Завадостійкість всіх описаних вище способів визначення скоригованих кінематичних поправок при заданому фазовому і амплитудном розкиді сигналів вздовж фронту хвилі зростає зі зростанням числа каналів на сейсмограмі ВГТ. У той же час число каналів одно кратності простежування. Тому в багатьох ситуаціях точність визначення виявляється недостатньою для подальшої обробки та інтерпретації. Завадостійкість підвищують шляхом спільного перетворення сукупності сейсмограм, відповідних послідовності поруч розташованих загальних глибинних точок.

Визначення кінематичних поправок за профілем

Густота точок за профілем (площі), для яких знаходяться скориговані кінематичні поправки, визначається сейсмогеологічних умовами досліджуваного району. У складних умовах (криволінійні незгідно залягають межі розділу, великі кути падіння) швидкість може різко змінювати свою величину на порівняно невеликих ділянках профілю. У цьому випадку крок за профілем між точками OГT, для яких знаходиться залежність скорочується до 0,5-1,0 км. У простіших ситуаціях крок може дорівнювати 1,5 - 3,0 км . На підставі знайдених в дискретних точках профілю значень будують сіткову модель кінематичних поправок, що представляє собою таблицю . У проміжних точках по осях і значення визначають на підставі лінійної інтерполяції.

Практична частина

Пакет RadExPro + призначений для обробки багатоканальних сейсмоакустичних даних на комп'ютерах, що працюють під управлінням операційної системи MS Windows. За структурою і інтерфейсу пакет близький до найбільш поширеним пакетів обробки, таким як PROMAX, GEOVECTUR, IXL, OMEGA та ін Включені до його складу процедури дозволяють здійснювати основні операції з даними, характерні для систем обробки даних:
· Введення даних, записаних в різних форматах, включаючи довільний, що задається користувачем. При цьому реалізовані додаткові можливості, що дозволяють автоматично визначати кількість трас у файлі і крок за профілем;
· Інтерполяцію даних на регулярну мережу спостережень, що може бути використано, наприклад, для об'єднання різних файлів даних в один профіль;
· Математичну обробку та аналіз даних;
· Візуалізацію результатів з широким набором можливостей;
· Для отримання твердих копій зображень може бути використано будь-яке стандартне друкуючий пристрій, лазерні або струменеві принтери, плотери (необхідна наявність драйвера для Windows від виробника).

Параметри для процедури NMO / NMI

Модуль дозволяє, використовуючи функцію швидкості, розрахувати і ввести кінематичні поправки до відліки трас ОГТ шляхом лінійної інтерполяції. При активації модуля з'являється вікно, що містить дві вкладки: Velocity і NMO.
На вкладці NMO задаються параметри розрахунку кінематичних поправок:
· NMO - виберіть цю опцію, якщо необхідно ввести кінематичні поправки до відліки трас.
· NMI - виберіть цю опцію, якщо необхідно зробити швидкісну інверсію, тобто до сейсмограмах з введеними кінематичними поправками застосувати зворотний кінематичний закон.
· Mute percent - параметр мьютінга у відсотках. Розтягування трас після застосування NMO є небажаним, але неминучим результатом. Необхідно задати параметр мьютінга у відсотках, для того, щоб всі дані, що розтягнулися більш, ніж на задану кількість відсотків, були обнулені.
На вкладці Velocity згруповані параметри завдання швидкісного закону:
Швидкісний закон можна задати трьома способами:
· Активувавши опцію Single velocity function (швидкісний постійний закон), задати його вручну. Порядок запису наступний:
час: швидкість, час-час: швидкість і т.д.
Швидкості тут задаються в м / с.
· Активувавши опцію Get from file, задати швидкісний закон з файлу. Для цього, натиснувши Browse ..., виберіть потрібний файл у стандартному діалоговому вікні.
· Активувавши опцію Database - picks, задати швидкісний закон, попередньо збережений у базі даних проекту. Для цього, натиснувши кнопку Browse ..., щоб знайти потрібний об'єкт бази даних у стандартному діалоговому вікні.
У полі Velocity type (тип швидкості) необхідно вказати тип швидкості:
- RMS - середньоквадратична,
- Interval - інтервальна.
Кнопки Save template і Load template призначені для збереження поточних параметрів модуля в шаблоні в базі даних проекту і завантаження параметрів з попередньо збереженого шаблону, відповідно.
Як вже говорилося вище, кінематичні поправки використовуються для отримання тимчасових розрізів. Розглянемо два способи завдання кінематичних поправок до RadExPro:
1. задавши швидкісний закон вручну (Single velocity function);
2. задавши швидкісний закон, попередньо збережений у базі даних проекту (Database - picks).

Введення постійної швидкісного закону

Задамо два швидкісних закону:
1. інтервал часу 0-100 мс, а швидкість 1,5 км / с (рис. 5);
2. інтервал часу 0-100 мс, швидкість 1,7 км / с.
Так само для отримання тимчасового розрізу тут необхідно після введення поправок активувати модуль Ensemble stack, в якому проводиться підсумовування всіх трас потоку в одну трасу. Кожен відлік траси на виході буде комбінацією відповідних відліків трас на вході. При активації модуля з'являється вікно, в полі Mode, якого необхідно обрати спосіб підсумовування трас. Виберемо спосіб Mean - значення відліків сумуються і діляться на загальне число підсумованих відліків.
У результаті отримаємо два тимчасових розрізу для швидкості 1,5 км / с (рис. 8) і 1,7 км / с

Введення швидкісного закону, попередньо збереженого в базі даних проекту

Для отримання тимчасових розрізів таким способом можна проводити пікірування швидкостей з придушенням кратних хвиль або з їх посиленням. Все це проводиться за допомогою процедури Velocity Analysis.
1. Пікірування з посиленням кратних хвиль
2. Пікірування з придушенням кратних хвиль
По черзі збережемо дані по кожному з двох варіантів пікірування в базі даних проекту
Після проведення пікірування і збереження даних в базі даних проекту, на вкладці Velocity вікна процедури NMO / NMI вибераем НЕ опцію Single velocity function, а Database - picks, далі натиснувши кнопку Browse ..., вибераем потрібний нам об'єкт бази даних.
У результаті отримуємо два тимчасових розрізу:
Бачимо, що при посиленні кратних хвиль краще простежується межа на 50 мс, як і при завданні постійного швидкісного закону для швидкості 1,7 км / с.

Список літератури

ü Сейсморозвідка. Довідник геофізика / Под ред. І.І. Гурвича, В.П. Номоконова. - М.: "Надра", 1981. - 464с.
ü Сейсморозвідка. Навчальний посібник / Гайнанов В. Г. - К.: Видавництво МДУ, 2005. - 149 с.
ü Аналіз даних сейсморозвідки. Навчальний посібник для студентів вузів / Бондарєв В. І., крилатка С. М. - Єкатеринбург.: Видавництво УГГГА, 2002. - 212с.