УСТОЙЧИВЫЙ МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ ГЛУБИННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ НА ОСНОВАНИИ НАСТРОЙКИ ОПЕРАТОРА ПО ЭТАЛОННЫМ СЕЙСМОГРАММАМ
ROBUST PROCESS FOR DEPTH IMAGING IN SEISMIC SURVEY BASED ON OPERATOR ADJUSTMENT BY REFERENCE SEISMIC RECORD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технологиям построения глубинных сейсмических изображений фрагментов земной коры, а именно к технологии, позволяющей производить высокоточную оценку глубинно-скоростных моделей, а также получать качественные и точные динамические глубинные изображения среды по сейсмическим данным в процессе поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.
Уровень техники
Из уровня техники известен алгоритм помехозащищенного преобразования Радона ([1] Denisov, M., and Finikov, D., 2002, An alias protection scheme for Radon transform: 64th Ann. Internat. Mtg. EAGE). В работе предложен способ подавления аляйсинг-эффекта при накапливании сейсмических трасс в процессе преобразования Радона (Аляйсинг - помеха, возникающая при несинфазном пространственном суммировании дискретных сигналов). Алгоритм реализован в частотной области и использует как знакопостоянное, так и знакопеременное суммирование. Недостатки алгоритма проявляются в условиях изменчивости волновой картины по временной координате. Применение преобразования Фурье исключает возможность настройки алгоритма на локальные условия несинфазного накапливания сигналов.
Из уровня техники известен алгоритм подавления артефактов при суммировании сейсмических трасс ([2] Денисов М.С., Фиников Д.Б., 2005. Способ подавления шумов дискретизации при суммировании сейсмических трасс (на примере моделирования кратных волн), Геофизика, 1). В работе предложен способ подавления аляйсинг-эффекта накапливания трасс, рассмотрена задача прогнозирования многократно отраженных волн-помех. Алгоритм реализован в пространственно-временной области и использует как знакопостоянное, так и знакопеременное суммирование. Недостатки алгоритма проявляются в условиях интерференции сигналов, в особенности при пересечении интенсивных и слабых волн.
Известна сейсмическая миграция с помощью смещения данных сейсмокаротажа ([3] US 6002642 А, опубл. 14.12.1999). Настоящее изобретение относится к способу геофизической разведки, который улучшает точность сейсмической миграции. В рассматриваемом документе решают обратную кинематическую задачу по временам пробега, включая томографические методы. Способ миграции сейсмических данных с использованием смещения обследуемых измерений сейсмокаротажа включает траекторию волны подобной миграции для сейсмических данных, использующийся для определения прямого времени хода волны для приемников в скважине. Варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают непосредственное использование времени хода волны в миграции или обратное использование времени хода волны в миграции через построение модели скорости миграции. Варианты скоростной модели по времени хода волны обеспечивают либо коррекцию ошибок через использование интерполированные функции ошибок или построения таблиц об ошибках миграции. Изобретение может быть использовано для времени хода волны, глубины и миграции Кирхгофа, в две или три величины, и в любом суммировании. Изобретение может быть использовано, чтобы переносить любой тип сейсмических данных, в том числе продольной волны, поперечной волны и преобразования волновых сейсмических данных.
Известен метод определения оптимальной скорости временной миграции до суммирования ([4] CN 101839999, опубл. 22.09.2010). Способ включает в себя определение сейсмической волны вблизи земли. На земле расположен детектор для сбора отраженных сейсмических волн, т.е. детектор накапливает сейсмические данные. При этом используют изменение скоростей по времени отраженной сейсмической волны в качестве оптимальной скорости. Используя интервал скоростей, меняющийся со временем отражения сейсмической волны, изменяют длину шага, образуя группу скоростей функциональных объектов, а временную миграцию выполняют до суммирования накопленных сейсмических данных. Описывают результат изменения скорости в диапазоне скоростей, в соответствии с интенсивностью групповых волн и распределения спектра залегания скоростей. Оптимальная скорость принимается до суммирования временной миграции. Пересекающиеся скорости временной миграции до суммирования, определенные на общей отражающей точке, используются для получения нового профиля скорости. Это изобретение вычисляет информацию, которая должна быть выведена на момент анализа скорости в эффективном диапазоне скоростей, очевидно, уменьшает количество вычислений и улучшает практичность.
Известен способ сейсмической разведки для изучения осадочного чехла при наличии сильно изрезанных акустически жестких границ ([5] RU 2221262, опубл. 10.01.2004). Изобретение относится к геофизике, к сейсмическим методам разведки полезных ископаемых и предназначено для получения сейсмических разрезов повышенной разрешенности и достоверности в сложных геологических условиях. Способ сейсмической разведки включает проведение сейсморазведочных работ, обработку полученных исходных сейсмических данных, построение сейсмического временного разреза. Для учета негиперболичности годографов проводят дополнительную обработку исходных сейсмограмм путем их палеотрансформации во временной области к условиям реально существующей палеограницы на период палеогеографической обстановки, когда граница залегала субгоризонтально. Палеотрансформацию осуществляют путем ввода псевдопалеостатических поправок, их коррекции, осуществляемой путем подбора эффективных палеоскоростей (Vэф палео). По палеотрансформированным сейсмограммам проводят подавление регулярных волн - помех и с учетом данных об интервальных скоростях осуществляют построение палеовременного мигрированного разреза.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является патент ([6] RU 2126984 «Способ определения глубинно-скоростных параметров среды и построения ее изображения по сейсмическим данным - система prime», 27.02.1999). Данное изобретение относится к области сейсморазведки и может быть использовано для определения геологических параметров среды и ее глубинного изображения для поиска месторождений нефти и газа в сложных сейсмогеологических условиях. Для улучшения разрешенности сейсмических записей, повышения отношения сигнал/помеха и повышения достоверности построения сейсмических изображений, кинематические параметры отраженных волн определяют путем использования локального оператора преобразования для накапливания сейсмограмм, а определение глубинно-скоростных параметров среды осуществляют с проверкой адекватности выбранной модели среды и реальных данных путем решения обратной задачи двумя способами, один из которых использует краевые условия на кровле, а другой - на подошве, и сопоставление этих результатов между собой.
Сущность изобретения
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является производить высокоточную оценку глубинно-скоростных моделей, а также получать качественные и точные динамические глубинные изображения среды по сейсмическим данным в процессе поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, в условиях интерференции отраженных волн.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности оценки глубинно-скоростных моделей на 7-18% по сравнению со стандартными методами для простых сейсмогеологических условий и на 45-80% - для сложных, а также повышении точности динамических глубинных изображений среды на 12-23% для простых сейсмогеологических условий и на 60-75% - для сложных.
Для достижения указанного технического результата в предложенном методе построения глубинных изображений в сейсморазведке на основании настройки оператора по эталонным сейсмограммам, включающем построение сейсмического изображения по сейсмическим данным, а именно, параметрам отраженных волн и параметрам среды, с целью обработки исходной сейсмограммы выравнивают амплитуду сигналов - волн процедурой автоматического регулирования уровня (АРУ) сигнала; осуществляют дополнительную обработку результатов преобразования в областях пересечения годографов при помощи веерной фильтрации с нелинейной адаптацией весовых коэффициентов, тем самым вводя эталонную сейсмограмму; вычисляют весовые коэффициенты помехозащищенного оператора миграционного преобразования, применяя его к эталонной сейсмограмме; применяют миграционный оператор, полученный по эталонной сейсмограмме, к исходным данным или применяют миграционное преобразование с целью выделения помехи с последующим ее адаптивным вычитанием из результата традиционной миграции.
Краткое описание чертежей
Рис. 1. Блок-схема обработки, основанной на построении эталонной сейсмограммы.
Рис. 2. Блок-схема помехозащищенного миграционного преобразования, основанного на выделении помехи и ее адаптивном вычитании.
Раскрытие изобретения
В условиях пространственной дискретности сейсмических данных при реализации многоканальных процедур, к которым относится миграционное преобразование сейсмограмм, проявляются артефакты, которые принято называть аляйсинг-помехой.
Сейсмическая разведка (сейсморазведка) позволяет получить структурную карту грунта посредством излучения нисходящих акустических или упругих волн в грунт и регистрации "эхо-сигналов", отраженных от нижележащих слоев породы. Для излучения нисходящих акустических или упругих волн в грунт можно использовать, например, взрывы или сейсмические вибраторы на земле и пневматические пушки на море. В процессе сейсморазведки излучатель волн перемещают вдоль поверхности грунта над исследуемой геологической структурой. Каждый раз при возбуждении излучателя формируется нисходящий сейсмический сигнал, который распространяется через грунт, отражается и/или дифрагируется и после отражения регистрируется во многих точках поверхности. При этом сочетают многочисленные комбинации возбуждения и регистрации источников для создания почти непрерывного профиля разреза, который может простираться на несколько сотен километров. При двухмерной сейсморазведке позиции источников излучения и регистрации обычно располагают по одной прямой, а при трехмерной сейсморазведке позиции источников излучения и регистрации обычно распределяют по поверхности в узлах координатной сетки. Проще говоря, можно представить, что 2-мерный сейсмический профиль дает изображение сечения слоев грунта с отражающими горизонтами, расположенными приблизительно посредине между позициями источников излучения и сейсмоприемников. Трехмерная сейсморазведка дает "куб" данных, т.е., в принципе, 3-мерное изображение геологической среды под площадью съемки, с отражающими горизонтами, расположенными приблизительно посредине между позициями источников излучения и сейсмоприемников, находящимися в узлах сетки сбора данных.
Мигрированную трассу (трассу сейсмического изображения) M(q,y,t) сейсмограммы общего пункта возбуждения (ОПВ) получаем следующим образом, где y - латеральная координата, q - координата источника колебаний. Пункт возбуждения (Ндп. точка возбуждения) - это пункт на, над или под поверхностью наблюдений, в котором производится возбуждение сейсмических колебаний.
Вычисления производятся по формуле:
где u(q,x,t) - сейсмограмма, параметры А и В определяют пространственную апертуру суммирования, т.е. интервал х∈[а-А,а+В] на профиле наблюдений. Звездочка обозначает процедуру свертки, f(t) - оператор компенсирующей фильтрации, w(y,x) - весовые множители, t(y,x) - траектория суммирования. Выражение (1) преобразуется к виду
<mover accent="true"><mi>u</mi><mo>˜</mo></mover>
где
отличается от и применением фильтрации, умножением на вес и подвижкой. Введем понятие локальной суммы, полученной на базе (2К+1) каналов,
глобальная сумма может быть получена как непосредственным суммированием в пределах апертуры, так и сложением локальных сумм
При суммировании (4) имеются локальные области, которые обеспечивают накапливание сигнала (конструктивное суммирование), и области, в которых формируется только аляйсинг-помеха. Поэтому задача построения алгоритма подавления аляйсинг-шума формулируется как подбор критерия для разделения этих областей.
+
-
В качестве такого критерия выберем , т.е. отношение энергий локальной суммы (3), которую в дальнейшем для удобства мы будем обозначать как b, и аналогичной суммы, b, полученной со знакопеременной весовой функцией:
где под переменной ζ подразумевается номер канала, т.е. целое число. Построим функцию w(A): w(0)=1 и w(A)→0 при А→∞, причем w(A) близка к 1 при А∈[0,р], тогда алгоритм подавления аляйсинг-шума представим в виде
Итак, получаем следующий алгоритм:
+
-
1. Локальное суммирование с целью получения b и b;
2. Оценка энергий в скользящем по t окне;
<mover accent="true"><mi>b</mi><mo>˜</mo></mover>
3. Суммирование
по координате x и получение искомой мигрированной трассы М.
При интерференции волн, амплитуда которых существенно отличается, такой алгоритм обнаруживает совершенно естественную тенденцию настраиваться на обработку интенсивной волны, при этом игнорируя слабый сигнал. С целью преодоления такой ситуации представляется целесообразным ввести «эталонную» сейсмограмму, по которой можно произвести настройку алгоритма, т.е. назначение весовых коэффициентов, а затем применить полученные коэффициенты к сейсмограмме, которую необходимо обработать. Блок-схема процедуры обработки, основанной на построении эталонной сейсмограммы, приведена на рис. 1.
Рассмотрим способ расчета эталонной сейсмограммы. Традиционным способом выравнивания амплитуд сигналов является процедура АРУ (автоматическая регулировка уровня). Известно, что такое преобразование успешно справляется с поставленной задачей в областях, где нет интерференции сигналов, в то время как в окрестности точек пересечения годографов амплитуды сигналов претерпевают локальные искажения. Понятно, что такое свойство алгоритма АРУ делает его малопригодным для нашей задачи. Поэтому мы предлагаем произвести дополнительную обработку результата преобразования с целью выравнивания амплитуд сигналов и в областях пересечения годографов. Так как искажение энергии сигнала на годографе носит локальный характер, его можно устранить способами веерной фильтрации с нелинейной адаптацией весовых коэффициентов. Выражение для преобразования, осуществляемого таким кинематическим фильтром, можно записать в следующем виде
α
где u(x,t) - исходное волновое поле, d(x,t) - направленная сумма, y∈[-L,L] пространственная база фильтра, α - направление суммирования, перебираемое в пределах веера, U(x,t) - результат фильтрации.
Так как годографы волн на этом этапе обработки считаются неизвестными, возникнут сложности с оцениванием кинематики сигнала, что мы устраним их при помощи применения адаптивного фильтра, который в каждой точке (x,t) самостоятельно анализирует волновое поле на предмет наличия или отсутствия сигнала или помехи. Пусть в некоторой точке имеется веер, центрированный относительно касательной к априорному годографу. Для того чтобы принять решение, действительно ли данная точка принадлежит отражению, производится вычисление когерентности волнового поля во всех направлениях α внутри веера. По смыслу рассматриваемой задачи веер выбирается заведомо широким. За меру когерентности принимается значение сембланса, то есть параметра, вычисляемого по формуле
α
α
и принимающего значения от нуля до единицы. Для получения более гладких значений сембланса как функции от x и t возможно усреднение в пределах скользящего окна. Введем гладкую весовую функцию, принимающую значения, близкие к единице для близких к единице р(x,t) и близкую к нулю для близких к нулю p(x,t). Такой может быть, например
где n - целое число, Q - пороговое значение для принятия решения об отсутствии или наличии когерентного сигнала. Тогда алгоритм адаптивной кинематической фильтрации запишем как
α
где d (x,t) вычисляется по формуле (4). В условиях отсутствия априорной информации о кинематике сигнала такой метод устранит локальные нарушения динамики сигнала, вызванные применением процедуры АРУ, и подготовит эталонную сейсмограмму для вычисления весовых коэффициентов помехозащищенного оператора миграционного преобразования.
<mover accent="true"><mi>w</mi><mo>˜</mo></mover>
<mrow><mover accent="true"><mi>w</mi><mo>˜</mo></mover><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>w</mi></mrow>
Описанный способ получения глубинных изображений предлагается также дополнить возможностью вывода не помехозащищенного изображения, а результата оценивания аляйсинг-помехи. С этой целью в преобразовании нужно поменять весовые коэффициенты w на обратные им величины
(1 вместо 0 и наоборот:
), тогда вместо выделения зон конструктивного накапливания сигнала и подавления зон несинфазного суммирования будет наблюдаться обратный эффект. На выходе преобразования получим помеху. Одновременно с этим применим традиционную реализацию (не помехозащищенную) миграции, в результате чего имеем сигнал на фоне помехи. Теперь геофизик сможет воспользоваться всем арсеналом имеющихся у него средств адаптивного вычитания регулярных и нерегулярных помех, включая неквадратичные нормы, латеральное усреднение критерия, многооконность, многоканальность, нестационарность и т.д.
Блок-схема указанной последовательности обработки, включающей этап выделения помехи с последующим ее адаптивным вычитанием, показана на рис. 2.
Источники информации
1. Denisov, M., and Finikov, D., 2002. An alias protection scheme for Radon transform: 64th Ann. Internal. Mtg. EAGE.
2. Денисов М.С., Фиников Д.Б., 2005. Способ подавления шумов дискретизации при суммировании сейсмических трасс (на примере моделирования кратных волн), Геофизика, 1.
3. US 6002642 A, Seismic migration using offset checkshot data, 14.12.1999.
4. CN 101839999 A, Method for determining optimum velocity section for pre-stack time migration, 22.09.2010.
5. RU 2221262 C1. Способ сейсмической разведки для изучения осадочного чехла при наличии сильно изрезанных акустически жестких границ (варианты), 10.01.2004.
6. RU 2126984 C1. «Способ определения глубинно-скоростных параметров среды и построения ее изображения по сейсмическим данным - система prime», 27.02.1999, (Прототип).