Способ определения углов наклона отражающих границ в геологической среде по данным профильной сейсморазведки 2D
METHOD OF DETERMINING INCLINATION ANGLES OF REFLECTING BOUNDARIES IN A GEOLOGICAL ENVIRONMENT FROM PROFILE SEISMIC SURVEY DATA 2D

Изобретение относится к одному из основных методов геологической разведки - сейсмической разведке и предназначено для определения значений углов наклона сейсмических границ в сложно построенных средах для решения геологоразведочных задач на этапе углубленной обработки сейсмических данных.
В сейсморазведке до недавних пор решение задачи определения углов наклона отражающих границ проводилось с помощью использования кинематических свойств годографов отраженных волн. Для этих целей использовались приемы, построенные на нахождении отношения разности времен прихода отраженных волн и разности координат в выбранных особым образом точках базы наблюдений (Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка: В 2-х томах, Т. 1. - М.: Мир, 1987, с. 162-171). Точность и достоверность таких определений была недостаточно высокой.
В настоящее время основным способом получения информации о строении геологической среды является сейсмический метод общей глубинной точки - МОГТ (Бондарев В.И., Крылатков С.М. Сейсморазведка. Учебник для вузов. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011, т. 1, с. 125-136). Этот метод предполагает получение представления о геологической среде на основе совокупности специальным образом сформированных сейсмических трасс, представляющих амплитудную характеристику отражательных свойств среды в зависимости от глубины залегания отражающих границ (глубинные разрезы) или времени отражения (временные разрезы). Каждая трасса временного или глубинного разреза соответствует специально выбранной на профиле общей средней точке (ОСТ) и получается путем трансформации собранных особым образом из исходных сейсмических трасс так называемых сейсмограмм ОСТ. Такая сейсмограмма ОСТ при обработке последовательно подвергается введению кинематических поправок и горизонтальному суммированию (на каждом фиксированном времени), в результате чего она превращается в одну итоговую суммотрассу. Совокупность итоговых суммотрасс, соответствующих последовательно выбранным на сейсмическом профиле общим средним точкам, называется временным сейсмическим разрезом. На этих сейсмических разрезах, после выполнения ряда процедур обработки, в поле амплитуд хорошо видны изображения сейсмических границ. Полученные разрезы одновременно дают достаточно объективное представление, как о строении среды, так и об углах наклона границ. Способ получения сейсмического изображения геологической среды по методу ОСТ (ОГТ), в котором углы наклона границ определяются опосредованно по получаемым сейсмическим разрезам или структурным картам, может быть принят в качестве одного из прототипов для данного изобретения. Основные положения этого способа были опубликованы в 1956 году в патенте США Уильяма Мейна (Mayne W.H., 1956, Seismic Surveying. U.S. Patent. No. 2.732.906).
Однако, такой способ получения временного (или глубинного) сейсмического изображения геологической среды позволяет получить объективное представление о среде и угловых характеристиках границ в том случае, если среда содержит границы напластований с углами наклона не более 3-5 градусов. При больших наклонах границ способ ОГТ будет давать искаженное представление, как об углах наклона слоев в среде, так и о ее строении. Чем больше значения углов наклона отражающих границ, тем выше будет и степень искажения среды на полученном временном разрезе. В таких случаях для получения правдоподобного сейсмического изображения среды, применяют специальные методы дальнейшего преобразования временных или глубинных разрезов. Такие методы получения более объективных сейсмических изображений среды принято называть миграционными преобразованиями. Число используемых миграционных преобразований достаточно велико. Однако их сложность и эффективность могут сильно различаться. Миграционные преобразования широко применяются на практике и продолжают непрерывно совершенствоваться. Несмотря на это, при использовании миграционных преобразований точность определения углов наклона сейсмических границ оказывается недостаточно высокой, а выполнение таких операций требует больших временных затрат.
Более близким прототипом к предлагаемому авторами техническому решению, является способ построения глубинного сейсмического разреза, изложенный в патенте Романенко и др. (Романенко Ю.А., Гарин В.П., Куликов В.А., Шемякин М.Л., 2009 «Способ построения глубинного сейсмического разреза». - Патент РФ RU 2415449 С1). Характерной особенностью этого способа является использование технологии сравнения интенсивностей суммарных цугов колебаний, полученных для серии заданных углов наклона отражающего элемента в некоторой выбранной расчетной точке среды. Интенсивность рассматривается как некоторая вычисляемая целевая функция, зависящая от значения угла наклона границы. На основе статистического анализа этой функции выбирается наиболее вероятный угол наклона границы в точке построения сейсмического изображения среды. Соответствующее этому углу значение интенсивности (функции цели) и является элементом получаемого глубинного сейсмического изображения.
Недостатками этого прототипа является сложность вычислений при использовании технологии суммирования во временном окне, размеры которого выбираются исходя из видимой длины цуга зарегистрированных колебаний. Это понижает вертикальную и горизонтальную разрешенность получаемого глубинного разреза, что, в конечном счете, приводит к большим погрешностям в определении углов наклона отражающих границ.
Задачей данного изобретения является создание оригинального способа определения углов наклонов сейсмических границ по данным метода многократных перекрытий в профильном варианте 2D, который был бы свободен от недостатков вышеуказанных прототипов.
а
a
0
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в выбранном на профиле исследований ряде общих расчетных точек (ОРТ), совпадающих с точками ОГТ, при известном по профилю наблюдений распределении по глубине численных значений эффективной скорости, по совокупности исходных трасс сейсмограмм общих точек возбуждения (ОТВ) формируют новые сейсмограммы с коэффициентом ассиметрии , характеризующиеся тем, что удаление  пункта возбуждения ПВ от точки формирования (ОРТ) этой сейсмограммы и удаление  пункта приема ПП от этой же точки отличаются между собой в заданное число раз, определяемое значением параметра  (фиг. 1); вводят в каждую трассу сформированных таким образом сейсмограмм стандартные кинематические поправки за нормальное удаление  рассчитывают для фиксируемого значения кажущейся скорости, выбранного из некоторого априори заданного диапазона их возможных значений, и производят ввод в каждую сейсмотрассу линейной кинематической поправки, описывающей индивидуальные угловые кинематические сдвиги, определяемые на с. 7 и соответствующие предполагаемому наклону линии суммирования; после введения этой поправки суммируют все трассы трансформированного волнового поля и получают первую суммарную трассу итоговой суммоленты регулируемого направленного анализа (РНА); повторяют многократно расчет и ввод линейных кинематических поправок для разных возможных значений кажущейся скорости из предполагаемого диапазона; выполняют последующее суммирование всех трасс трансформированного волнового поля и получают итоговую суммоленту РНА; на полученных суммолентах РНА выделяют локальные зоны закономерного и регулярного (по кажущейся скорости и по времени регистрации) разрастания полученных суммарных амплитуд, координаты центров которых определяют значения и знаки кажущихся скоростей как функцию времени t; для каждой такой области закономерного разрастания суммарных амплитуд на суммоленте РНА по найденным координатам этих центров рассчитывают фактическую зависимость углов наклонов соответствующих отражающих границ в рассмотренной точке ОРТ как функцию
a
На фиг. 1 показаны взаимное положение пункта возбуждения (ПВ), пункта приема (ПП), общей расчетной точки (ОРТ) на профиле и параметры, описывающие это положение:  - коэффициент асимметрии,  и  удаления ПВ и ПП соответственно от ОРТ.
а
Фиг. 2 иллюстрирует лучевые траектории отраженных волн для модели среды с наклонной границей (ϕ=3°) и различными положениями пунктов возбуждения и приема при значении коэффициента асимметрии =1.
а
Фиг. 3 для сравнения иллюстрирует лучевую схему отраженных волн для модели среды с наклонной границей (ϕ=3°) и различными положениями пунктов возбуждения и приема при коэффициенте асимметрии =2.
На фиг. 4 демонстрируется вид теоретического волнового поля отраженных волн от трех сейсмических границ на сейсмограмме после введения кинематических поправок за нормальное удаление.
0
max
0
max
0
max
Фиг. 5 показывает теоретическое волновое поле амплитудных разрастаний на итоговой суммоленте РНА для трех отраженных волн: (1) t=0.836 с; Δt=-55 мс; (2) t=1.086 с; Δt=30 мс; (3) t=1.336 с; Δt=-10 мс
На фиг. 6 показано схематическое изображение итоговых результатов определения углов наклона отражающих границ для трех отраженных волн для модели среды с параметрами:
0
0
0
(1) t=0.836 с, ϕ=15°; (2) t=1.086 с, ϕ=-9°; (3) t=1.336 с, ϕ=2°.
а
а
а
Изучение свойств сейсмограмм, сформированных с коэффициентом асимметрии  позволяет понять их главную особенность - трассы таких сейсмограмм, полученные при разных удалениях, характеризуют достаточно удаленные друг от друга элементы отражающей границы. Тем самым открываются возможности использования этих трасс для определения углов наклона отражающих границ. Наоборот, использование трасс сейсмограмм ОСТ, полученных при симметричных удалениях (=1), для изучения углов наклона отражающих границ затруднительно, поскольку соседние трассы таких сейсмограмм ОСТ характеризуют близкие друг к другу участки отражающих границ. Сказанное подтверждается данными, показанными на фиг. 2 и 3, где демонстрируется распределение точек отражения по границе при симметричном и асимметричном способе формировании сейсмограмм. Различие в положении точек отражения на границе также приводит к заметному расхождению и во временах регистрации отраженных волн для различных трасс сейсмограмм, сформированных с коэффициентом асимметрии .
а
Как было показано авторами (Бондарев В.И., Крылатков С.М. Новые технологии анализа данных сейсморазведки. - Екатеринбург, Изд-во УГГУ, 2006. 116 с.), уравнение годографа отраженной волны от плоской наклонной границы в системе координат  и t с их началом в точке ОРТ по профилю наблюдений, ориентированному перпендикулярно простиранию границы, на сейсмограммах с коэффициентом асимметрии  приближенно, но с высокой точностью, записывается в виде:
0
а
а
где t - двойное время прохождения волны от источника до точки отражения по нормали к границе; V - средняя скорость от поверхности до отражающей границы; ϕ - угол наклона границы;  - параметр асимметрии. Поэтому, принципиальной особенностью сейсмограмм, сформированных с коэффициентом асимметрии ≠1, отличающей их от стандартных сейсмограмм ОСТ, является заметное влияние угла падения границы на кинематические свойства осей синфазностей отраженных волн. Именно этот факт и открывает путь для определения по таким сейсмограммам угловых характеристик (углов падения) отражающих границ.
После введения в волновое поле стандартной кинематической поправки за нормальное удаление трансформированное волновое поле будет иметь вид, подобный показанному на фиг. 4. При этом годографы отраженных волн, как это следует из теории, после введения кинематической поправки (такой же, как и в методе ОСТ) будут иметь в системе координат удаление - время  приближенно следующий вид:
0
0
Это означает, что после введения стандартной кинематической поправки за нормальное удаление (соответствующей горизонтальному залеганию отражающих границ) оси синфазности каждой из зарегистрированных на сейсмограмме отраженных волн будут иметь в системе координат  вид, напоминающий прямые линии. При этом для разных отраженных волн будут различными как времена их регистрации t в точке приема, совпадающей с ПВ, так и угловые коэффициенты наклона их осей синфазности (фиг. 4). Поэтому, обнаружение в трансформированном волновом поле зарегистрированных отраженных волн становится возможным формализованным образом на основе применения процедуры регулируемого направленного анализа РНА. Помимо обнаружения указанным образом осей синфазности отраженных волн, открываются и возможности количественного определения параметров этих осей синфазности, которые, как предсказывает теория, можно использовать в последующем для получения искомых зависимостей углов наклона отражающих границ от их глубины залегания или времени t.
а
max
Для определения местоположения и углов наклона осей синфазности конкретных отраженных волн во все трассы сформированных сейсмограмм с коэффициентом асимметрии  предварительно вводим стандартные кинематические поправки за нормальное удаление приемников от источников. Далее рассчитываем и вводим в каждую трассу в соответствии с формулой (3) индивидуальные угловые кинематические поправки для некоторого априорного значения возможного максимального сдвига Δt на всей базе трансформированной сейсмограммы:
max
где Δt - разность времен на оси синфазности при минимальном и максимальном удалении ; V* - кажущаяся скорость;  - текущее удаление между источником и приемником, для трассы, в которую вводится поправка;  - максимальное удаление между источником и приемником (размер базы для сформированных сейсмограмм).
max
max
После введения этой расчетной поправки при конкретном значении максимального сдвига Δt производим горизонтальное суммирование всех трансформированных трасс и получаем искомую трассу суммоленты РНА, соответствующую этому сдвигу. Меняем значение максимального сдвига (или кажущейся скорости) и повторяем расчет поправок по формуле (3). Далее вводим новые угловые кинематические сдвиги во все трассы трансформированного волнового поля, после чего также выполняем их суммирование. Составляем из совокупности суммотрасс, полученных при разных максимальных сдвигах новый монтаж трасс - суммоленту РНА. Для равномерного расположения суммарных трасс в итоговой суммоленте РНА технологически удобнее для каждого расчета брать не разные значения кажущейся скорости, а равнозначные им приращение времени Δt на всей базе сейсмограммы с равномерным шагом.
Количество трасс на суммоленте и временной интервал между трассами на ней выбирается экспериментальным путем. Наиболее рациональным вариантом при использовании стандартного сейсмического диапазона частот и шага дискретизации 2 мс следует считать вариант с числом трасс, равным 30 или более, и временным интервалом при расчетах между трассами в 6 мс или менее (4, 2 мс). Это определяется экспериментально в соответствии с возможными вычислительными мощностями.
0
max
Полученные суммоленты РНА подвергаются стандартным процедурам фильтрации и регулирования. Далее их необходимо подвергнуть анализу и интерпретации, главными целями которых является выделение на каждой суммоленте РНА закономерных разрастаний сейсмических амплитуд и определение координат t и Δt этих центров разрастаний (фиг. 5).
Полученные координаты центров разрастаний пересчитываются в реальные значения углов наклона выделенных отражающих границ. Для этого можно использовать следующие расчетные формулы:
0
0
Итогом этого пересчета является формирование массива значений углов наклона ϕ(t) как функции времени t для данной общей расчетной точки ОРТ (фиг. 6). Полученная совокупность таких массивов данных для ряда соседних точек ОРТ по профилю исследований может быть использована как при последующем построении уточненного сейсмического изображения геологической среды, так и при анализе истории осадконакопления.
В изобретении предлагается новая последовательность действий, обеспечивающая получение в ряде точек профиля ОРТ достоверной информации об углах наклона сейсмических границ в разрезе по результатам стандартных сейсморазведочных работ методом многократных перекрытий 2D путем последовательной реализации совокупности следующих шагов:
1) выполняют профильные полевые сейсморазвед очные работы по стандартной технологии метода многократных перекрытий МОГТ 2D;
2) полученные сейсмические записи (трассы и сейсмограммы) общих пунктов возбуждения подвергают предварительной стандартной обработке (вводу и коррекции статических поправок, компенсирующих влияние неоднородностей верхней части среды в пунктах возбуждения и приема колебаний);
а
3) формируют сейсмограммы несимметричной сборки с коэффициентом асимметрии , характеризующиеся тем, что удаление  пункта возбуждения ПВ от точки формирования ОРТ этой сейсмограммы и удаление  пункта приема ПП от этой же точки отличаются в заданное число раз, определяемое значением параметра а (не равного 1);
4) трансформируют полученные таким образом волновые поля путем расчетов и ввода в каждую трассу рассчитанных стандартных кинематических поправок за нормальное удаление
5) выбирают одно из возможных значений кажущейся скорости на базе наблюдений (или временной сдвиг на этой базе) и с его помощью рассчитывают и вводят в каждую трассу трансформированного волнового поля еще одну индивидуальную линейную кинематическую поправку;
6) суммируют все трассы дополнительно трансформированного волнового поля и получают для этой кажущейся скорости (временного сдвига на всей базе наблюдений) первую суммарную трассу итоговой суммоленты регулируемого направленного анализа РНА;
7) для разных возможных значений кажущейся скорости (временных сдвигов на базе наблюдений) из их ожидаемого диапазона значений многократно повторяют расчет и ввод линейных кинематических поправок и производят последующее суммирование всех трасс трансформированного волнового поля для получения на этом пикете профиля итоговой суммоленты РНА;
0
8) на полученных суммолентах РНА выделяют локальные зоны закономерного регулярного (по временному сдвигу на базе наблюдений и по времени регистрации) разрастания полученных суммарных амплитуд, координаты центров которых определяют величины и знаки кажущихся скоростей как функцию времени t;
0
9) для каждой такой области закономерного разрастания суммарных амплитуд на суммоленте РНА по найденным координатам центров областей разрастаний рассчитывают фактическую зависимость углов наклонов соответствующих отражающих границ как функцию t в рассмотренной точке ОРТ.
Технический эффект от использования изобретения состоит в совершенствовании технологии высококачественной детальной обработки сейсморазведочных данных с целью получения новых количественных значений угловых сейсмических атрибутов записи как для построения последующего уточненного сейсмического изображения геологической среды, так и для уточнения истории формирования осадконакопления в изучаемом районе.