Стадии обработки сейсмических данных

При решении обратной задачи различают стадии обработки и интерпретации.

Обработка состоит в преобразовании данных с целью извлечении полезной информации. Интерпретацией называют физико-геологическое истолкование результатов обработки.

Следует обратить внимание на принципиальное различие между процессами обработки и интерпретации. Операции, относящиеся к стадии обработки, могут быть полностью формализованы.

Это позволяет построить алгоритм - последовательность вычислительных и логических операций, однозначно преобразующих исходные данные в информацию желаемого вида.

В зависимости от характера взаимодействия геофизика с компьютером различают пакетный и интерактивный режимы обработки.

В первом случае одновременно обрабатываются достаточно большой объем исходных данных по заранее установленному графу с предварительно подобранными параметрами процедур. По существу это производственный режим обработки.

Во втором случае обработка выполняется на ограниченном объеме типичных исходных данных в процессе «диалога» геофизика с компьютером и имеет целью выбор и тестирование рациональной последовательности и оптимальных параметров процедур. По существу это – настроечный режим, в котором формируется граф последующей пакетной обработки.

В методе общей глубинной точки (МОГТ) для каждой точки профиля (xi) получается несколько (N) сейсмотрасс, т.е. запись с разных пунктов возбуждения (ПВ) и сейсмоприемников (ПП), расположенных симметрично от xi (точки записи).

При такой системе наблюдений во всех точках профиля последовательно могут располагаться ПВ и ПП, а число таких перестановок равно кратности перекрытий (N).

Поскольку, кроме однократных волн, на сейсмограммах регистрируется множество многократно отраженных волн от всех границ раздела, то они маскируют полезные однократные волны. Целью обработки данных МОГТ и является хотя бы частичное подавление многократно отраженных волн.

Для этого используются сложные многоступенчатые приемы суммирования всех N сейсмотрасс с введением в них кинематических поправок и получением так называемых суммотрасс. Обработка требует больших расчетов и выполняется в автоматическом режиме на ЭВМ.

Основу цифровой обработки сейсмических данных составляют три вида математических операций:

- преобразования Фурье,

- свертка (конволюция) сигналов,

- корреляция.

Преобразования Фурье преобразуют функции во временной области (например, короткий импульс при возбуждении упругой волны) в функции в частотной области (например, длительная гармоническая запись сигнала, снимаемого с сейсмоприемника) и обратно.

Важно, что информация в ходе таких преобразований принципиально не теряется, но ее обработка более удобна и наглядна иногда в частотной, иногда во временной областях.

 

Свертка сигналов - это математическое решение задачи фильтрации, т.е. операция замещения каждого элемента входного сигнала некоторым выходным с определенной весовой функцией. Один из этих сигналов берется перевернутым, т.е. в противофазе.

Корреляция выявляет меру сходства двух последовательностей (выборок каких-то данных). Она аналогична свертке, только без переворота одной из функций. Например, с помощью метода взаимной корреляции определяется сходство сигналов двух трасс записей сейсмоприемников. Для улучшения сходства в один из каналов можно ввести временной сдвиг.

Целью разных методов цифровой обработки является увеличение отношения сигнал/помеха, чтобы надежно отфильтровать кратные и другие волны-помехи, прокоррелировать оси синфазности полезных однократно отраженных или преломленных волн, определить время их прихода по всем трассам и изменение амплитуд сигналов по ним.

 

Процедуры обработки.

В большинстве случаев выделение полезных сигналов (волн) из записанной в поле волновой картине затруднено различными мешающимися колебаниями, которые необходимо ослабить. С этой целью выполняют фильтрацию сейсмических записей.

В сейсморазведке давно замечено, что обычно регистрируемые полезные сейсмические волны и волны- помехе в среднем достаточно заметно различают между собой по частотному спектру и диапазону.

Это могут быть:

- преломленные, рефрагированные и многократные отраженно-преломленные волны (5-50 Гц, 1000-2000 м/с),

- поверхностные волны релеевского типа (3-30 Гц, 100-1000 м/с),

- многократно-отраженные волны (10-60 Гц, 1500 и более м/с)

- случайные помехи микросейсмы (10-100 Гц),

- электрические наводки (48-52Гц)

- звуковые волны (60-125 Гц, 300-350 м/с)

 

При различиях спектрального состава полезной и мешающей компонент волнового поля применяют одноканальную частотную фильтрацию. То есть фильтр имеет один входной канал.

Различные виды фильтров – граничные, полосовые, режекторные, обратные, корректирующие – могут использоваться совместно и многократно в процессе обработки. Фильтрацию выполняют как во временной, так и в частотной области.

К одноканальным преобразованиям сейсмической записей относится также модификация амплитуд.

Модификация амплитуд:

- компенсирует ослабление интенсивности полезных волн со временем;

- сжимает ослабление интенсивности полезных волн со временем;

- сжимает динамический диапазон колебаний;

- устанавливает средний уровень их амплитуд при визуализации волновой картины.

Если полезный сигнал значительно сильнее помехи. В таких благоприятных условиях обнаружение полезных волн не вызывает затруднений, поскольку высока амплитудная разрешенность записи.

В этом случае перед частотной фильтрации можно ставить задачу сокращения сейсмической записи за счет некоторого снижения избыточной амплитудной разрешенности.

Критерием оптимальности фильтрации может служить условия минимального среднего квадратического отклонения амплитуд выходного сигнала от амплитуд заданного импульса короткой длительности. Чаще всего в качестве такого импульса выступает единичный импульс. Фильтр, осуществляющий такое преобразование, называют оптимальным обратным фильтром. Часто такой тип фильтрации называют деконволюцией.

 

Возможности фильтрации значительно возрастают, если волны-помехи отличаются от полезных колебаний кажущимися скоростями. Тогда применяют многоканальную пространственно-временную фильтрацию волновой картины.

Среди наиболее распространенных следует назвать группирование приемников и источников, веерную и когерентную фильтрации, вычитание волн-помех, суммирование по общей глубинной средней точки.

Большинство применяемых в сейсморазведке фильтров одноканальных и многоканальных, являются линейными. Их характеристики могут быть постоянными либо изменяться в процессе фильтрации, если изменяются свойства полезных и мешающих волн. Наиболее общим случаем является многоканальная фильтрация, переменная во времени и пространстве.

Результативность обработки зависит от того, насколько экспериментальные данные соответствуют принятой теоретической модели.

К основным факторам, нарушающим это соответствие, относятся искажения времени прихода волн за счет неоднородностей верхней части разреза.

Такие искажения устраняют путем введения статистических поправок.

При введении статических поправок в сейсмическую трассу от наблюденных времен переходят к приведенным (исправленным) временам. Линию приведения располагают ниже ЗМС, возможно ближе к ее подошве, на такой глубине, где скорости упругих волн в верхней части разреза достаточно стабильны.

При расчетах статистических поправок исходят из допущения, что для всех волн, приходящих снизу, лучи в интервале от линии приведения до поверхности имеют вертикальное направление.

Такое допущение справедливо только в отношении пробега волн через ЗМС: из-за большой разницы скоростей vз и vп сейсмические лучи преломляясь на подошве зоны, проходят почти вертикально.

Таким образом, статистическая поправка – это разность действительного времени регистрации волны и расчетного времени ее прихода при условии, что точки возбуждения и приема колебаний находятся на заданной линии привидения.

Название поправки указывает, что она неизменна во времени, то есть, постоянна для каждой точки наблюдения.

Статистические поправки, вычисляемые по материалам изучения ЗМС называют априорными или расчетными.

Априорно рассчитанные статистические поправки зачастую оказываются недостаточно точными (не всегда полностью компенсируют временные сдвиги). Тогда приходится определять и вводить дополнительные, уточняющие поправки на основе анализа полевых записей. Эту процедуру называют коррекцией статистических поправок. Корректирующие статистические поправки это погрешности определения априорных статистических поправок.

Коррекцию статистических поправок выполняют в автоматическом или полуавтоматическом режимах – в зависимости от характера остаточных временных сдвигов.

Для преобразовании полевых записей в суммарный временной разрез принципиальное значение имеют две процедуры:

– введение кинематических поправок, которые приводят наблюденные времена к нормальным;

- и суммирование исправленных трасс по общим средним (глубинным) точкам.

При обработке выполняют введение кинематических поправок.

С их помощью устраняют различия во времени прихода волн, вызванные двумя факторами – неодинаковым удалением пунктов приема от пунктов возбуждения и наклоном отражающих границ.

Первый их них учитывают с помощью нормальных кинематических поправок, второй – с помощью дифферентных кинематических поправок.

Обычно априорных сведений о скоростях оказывается недостаточно для удовлетворительного определения поправок, что делает необходимым их уточнение, называемое коррекцией кинематических поправок.

Введение кинематических поправок преобразует наблюденный годограф отраженной волны в годограф нормальных времен – линию t0(x) которая в масштабе времени изображает сейсмическую границу.

Совокупность таких линий для однократных отображений образуют кинематический временной разрез по сейсмическому профилю. На них проводят корреляцию сейсмических горизонтов, то есть прослеживание и отождествление в пространстве осей синфазности однократных отражений.

Если отражающие границы пологие и отсутствуют резкие изменения пластовых скоростей, то временной разрез в большой степени подобен глубинному и пригоден для предварительной геологической интерпретации сейсмических построений.

Времена пробега полезных волн используют для определения сейсмических скоростей. По записям отраженных волн находят эффективные скорости – упрощенные оценки средних скоростей и покрывающей толще. Имея эти оценки для ряда границ, можно вычислить пластовые скорости в промежуточных слоях.

Оценки сейсмических скоростей по материалам полевых наблюдений отягощены искажениями систематического и случайного характера. Поэтому совокупность определений по отдельному профилю или по некоторой площади анализируют, систематизируют и осредняют. Этот процесс известен как обобщение скоростей.

Его задача – связать полученные оценки с априорнойыми сведениями о скоростях, прежде всего – с данными сейсмического каротажа, и установить закономерности их пространственного распределение. Полученные результаты в виде скоростных разрезов и кубов используют для последующих сейсмических построений.

Следующим шагом является суммирование трасс по общим средним точкам

Имея скоростные характеристики среды, можно по временным разрезам и кубам построить соответствующие глубинные сейсмические разрезы и кубы. При этом происходит учет сейсмического сноса, то есть переход от нормальных времен отражений t0 и, соответственно, от эхо глубин h к обычным (вертикальным) глубинам H отражающих границ. Учет сейсмического сноса выполняют процедуры мигрирования.

Граф обработки

1. Предварительная обработка

Предварительно выполняется следующие операции:

- Производят демультиплексация цифровых записей.

- Преобразование формата полевых записей в формат обрабатывающей системы.

- Расчет геометрии системы наблюдений.

- Занесение геометрии системы наблюдений в заголовки трасс

- Редакция сейсмотрасс с обнулением их бракованных участков и обращением полярности противофазных записей.

2. Тестирование начальной обработки

- На типичных сейсмограммах начинают тестировать процедуры различные процедуры. Это следующие процедуры:

- Начальный мьютинг – обнуление начальных участков сейсмических трасс.

С помощью мьютинга на волновой картине сейсмограммы или временного разреза можно обнулить («вырезать») любую нежелательную область записи колебаний, задав ее пространственные и временные границы. Такой мьютинг иногда называют «хирургическим». Им пользуются для устранения интенсивных помех, которые не удалось отфильтровать, а также для удаления записей с техническим браком. Начальный мьютинг исключает из обработки данных МОВ начальные участки трасс полевых сейсмограмм, где в области первых вступлений регистрируются волны, заведомо не являющиеся отраженными – преломленные от мелких границ, поверхностные и др.

- Коррекция амплитуд колебаний на сейсмических трассах;

- Частотная фильтрация – полосовая и обратная;

- Пространтсвенно-временная фильтрация.

При сопоставлении вариантов обработки критериями качества результатов служат оценки геофизика, опирающиеся на количественные данные оперативного спектрального и амплитудного анализа колебаний.

3. Начальная обработка

Этап готовит сейсмограммы к последующим построениям временного разреза, для чего реальные записи необходимо приблизить к простой модели поля отраженных волн.

С этой целью исключают обусловленные поверхностными неоднородностями относительные временные сдвиги сейсмотрассы, устраняют неинформативные начальные части записей, компенсируют ослабление со временем амплитуд полезных колебаний и повышают качество волновой картины с помощью различных видов одноканальной фильтрации.

Основные процедуры этапа таковы:

- Введение ариорных статистических поправок;

- Начальный мьютинг;

- Коррекция и нормировка амплитуд;

- Полосовая фильтрация;

- Деконвалюция

- Двумерная фильтрация;

- Вычитание волн-помех.

Обработанные сейсмотрассы пересортировывается в сейсмограммы ОГТ (ОСТ), которые образуют базовый массив данных, служащий материалом для последующих этапов обработки.

 

4. Предварительное суммирование

По сейсмограммам ОГТ стоят предварительные временные разрезы или временные кубы для чего последовательно выполняют следующие процедуры:

- Расчет и введение нормальных кинематических поправок;

- Суммирование трасс по общим средним точкам (бинам)

Предварительные разрезы позволяют установить основные черты геологического строения исследуемой площади, выделить на ней области различного качества прослеживания целевых горизонтов и выявить возможные причины осложнения волновой картины. На площади работ выбирают участки выполнения скоростного анализа для коррекции статистических поправок и намечают подходящие выборки материалов для тестирования сейсмограмм ОГТ и временных разрезов. Эти заготовки используются на последующих этапах оптимизации обработки.

5. Коррекция кинематических поправок

Коррекция нормальных кинематических поправок строиться на скоростном анализе сейсмограмм ОГТ, который осуществляется процедурами:

Расчет и интерпретация вертикальных спектров скоростей;

Расчет и интерпретация горизонтальных спектров скоростей.

Первая процедура определяет зависимость vОГТ (t0) на участке профиля или площади, в пределах которого можно пренебречь горизонтальным градиентом скоростей. Вторая процедура определяется для фиксированного отражающего горизонта зависимость vОГТ (x,y) на исследуемой площади. Коррекция нормальных кинематических поправок может выполняться многократно по мере улучшения качества волновой картины сейсмограмм ОГТ за счет коррекции статических поправок, дополнительной фильтрации сейсмограмм, а также за счет введения дифферентных кинематических поправок.

 

 

6. Коррекция статических поправок

Здесь определяют относительные временные сдвиги сейсмических трасс, обусловленные неоднородностями строения ВЧР, которые не были устранены введением априорных статистических поправок. Основная операция этапа – автоматическая коррекция статических поправок, которая реализуется двумя последовательными процедурами:

- Определение относительных сдвигов трасс сейсмограмм ОГТ на основе расчета функций взаимной корреляции;

- Вычисление корректирующих поправок за пункты возбуждения и приема путем решения систем линейных уравнений.

7. Тестирование фильтраций сейсмограмм ОГТ

8. Тестирование фильтрацией временного разреза

9. Окончательное суммирование

Выполняется по сейсмограммам ОГТ после завершения циклов коррекции кинематических и статистических поправок, установления фазовых сдвигов и выбора одноканальной и многоканальной фильтрации волновой картины.

10. Миграция после суммирования

Лекция №10

Тема: Кинематическая интерпретация данных сейсморазведки

Основная цель интерпретации сейсморазведочных данных построение итоговой сейсмогеологической модели объекта исследований.

Кинематическая интерпретация выполняется по материалам обработки наблюдений площадных и профильных съемок. Это могут быть сейсмические изображения в виде волновых кубов, вертикальных разрезов, горизонтальных срезов.

Временной разрез представляет собой определенным образом подобранные и преобразованные сейсмограммы, на которых записи отнесены к нулевому времени (t0), т.е. времени пробега волны при нулевом удалении от приемника до источника.

На волновых картинах интерпретатор с помощью специальных компьютерных программ, снабженных разнообразными средствами визуализации, обнаруживает и прослеживает полезные волны. В результате интерпретатор создает толстослоистую структурно-скоростную модель исследуемой среды, то есть объемную или плоскую картину геологических объектов в сейсмическом представлении – осадочных напластований, складчатых образований, разрывных нарушений, локальных неоднородностей.