Выделение поперечных волн по признаку их поляризации при возбуждении (вопросы теории и практической реализации)

Одним из важнейших в настоящее время направлений развития сейсмических методов разведки при геофизических исследованиях на нефть и газ является использование метода многоволновой сейсморазведки, который открывает новые перспективы при решении таких задач как поиски неструктурных залежей и выклиниваний, изучение литологического состава и др. Возможность совместного использования волн разных типов продольных, поперечных, обменных определяется возможностями их практического выделения на фоне помех. В первую очередь это относится к монотипным поперечным волнам, которые должны иметь заданную поляризацию уже непосредственно при возбуждении.

Селекция волн по поляризации при возбуждении является новым подходом при разделении полезных сигналов и помех и является специфичной именно для выделения поперечных волн, обеспечивает преимущественное выделение поперечных волн заданной поляризации из сложных волновых полей, которые возбуждаются реальными направленными источниками.

Селекция волн по поляризации при возбуждении предложена в 1962 году Пузыревым H.H., Лебедевым К. А. и Лебедевой Г. Н. как «способ выделения на сейсмограммах волн, выходящих из источника как поперечные (независимо от направления плоскости поляризации), из всех прочих типов волн, подходящих к приемнику». Способ опробован в полевых условиях летом I9G3 года /19 /. В практику сейсмораз-ведочных работ с использованием поперечных волн стал внедряться с IS64 года: работы Гинодмана А. Г. и Мироновой Л. В. / Ч /, Кузнецовой О. Н. /11 /, Малушина И. И. /№ /. к настоящему времени селекция волн по поляризации в источнике является общеупотребительной. Именно с ее применением связаны основные положительные результаты на поперечных волнах, имеющие геологическое значение.

— В основе селекции волн по поляризации при возбуждении ле}шт вычитание трасс противоположнонаправленных воздействий! в общем случае с некоторыми весами. Отсюда следует, что ее южно рассматривать как частный случаи общего подхода к борьбе с регулярными волнами-помехами, основанного на их вычитании/ 8, 16, ?6, ?Л и др. /. Специфика выделения волн на основании их поляризации при возбуждении заключается в способе получения информации о полях помех и полезных сигналов — регистрируются два воздействия, а это влечет за собой необходимость выделения иных факторов, определяющих идентичность полей, и, естественно, иные реально наблюдаемые оценки их подобия. Все это приводит к существенно иным алгоритмам селекции.

Исследования эффективности селекции волн по поляризации при возбуждении, поиск путей оптимизации процедуры проводились, начиная с того самого момента, как был предложен способ /4,4,19 /. Однако, все эти исследования носили частный характер, касались рассмотрения лишь отдельных ее элементов. С 1971 года во ВНИИГеофи-зике в связи с разработкой программ цифровой обработки данных метода поперечных волн автором под руководством Бродова Л. Ю. были начаты систематические исследования селекции по поляризации в источнике, которые велись в двух направлениях: I) исследования основных закономерностей выделения поперечных волн при селекции и на этой основе 2) разработки алгоритмов и создания обрабатывающих программ.

Пель настоящей работы: повышение эффективности сейсмических исследований с использованием поперечных волн на основании увеличения отношения сигнал/помеха за счет селекции волы по поляризации при возбуждении.

Основные задачи. I) Обобщение и развитие теоретических представлений о выделении поперечных волн по их поляризации при возбуждении. 2) Исследование волновых полей противоположнонаправленных воздействий и выработка критериев оптимального выделения поперечных волн.

— 6' «з) Разработка алгоритма и программы селекции, опробование в разных сейсмогеологических условиях.

Научная новизна и практическое значение. I. Впервые с единых позиций. проведено рассмотрение всего процесса выделения поперечных волн по признаку их поляризации при возбуждении, включая оценивание результатов селекции. 2. Сформулирована и обоснована достаточная для описания экспериментальных волновых полей модель трасс про-тивоположнонаправленных воздействийполучены экспериментальные оценки степени идентичности полей, которые явились основой выработки критерш построения оптимального алгоритма. 3. Разработан универсальный алгоритм и составлена в системе «Сепспак» программа выделения поперечны}: волн по признаку их поляризации при возбуждении, позволяющая обрабатывать данные ОБ, ВСП, опытов по выбору условий возбуждения поперечных волн.

Практическое значение проделанной работы состоит в том, что теоретически обоснована и практически реализована программа оптимального выделения поперечных волн по их поляризации при возбуждении, позволившая эффективно выделять и прослеживать поперечные волны в различных сейсмогеологических условиях при источниках с конечной направленностью.

Работа состоит из введения, 5 глав и заключения.

Первая глава посвящена обзору исследований выделения волн по поляризации при возбуждении и постановке задач исследования.

Во второй главе проводится систематическое изложение теоретических основ' выделения волн по поляризации при возбуждении: формулируется модель трасс противоположнонаправленных воздействий, проводится исследование основных закономерностей формирования оценок эффективности в условиях неидентичных волновых полей противоположно-направленных воздействий, устанавливается связи между оценками идентичности трасс и факторами, определшощими их идентичность.

В третьей главе проводится исследование необращающихся частей волновых полей противоположнонаправленных воздействий: изучение их характеристик идентичности, выяснение причин, приводящих к их различию, выделяются наиболее существенные факторы, обуславливающие неидентичность полей, анализируются особенности определения характеристик идентичности в условиях наложения шума.

Четвертая глава посвящена вопросам построения алгоритма селекции волн по поляризации при возбуждении. Проводится сопоставление различных критериев выделения поперечных волн: критерия максимума сигнал/помеха, винеровского критерия оптимальности, мишщума остаточного поля помех. Рассматриваются вопросы определения постоянных временных сдвигов и различий в интенсивностях трасс противоположно-направленных воздействий. Приводится описание разработанного универсального алгоритма и программы «ВЫЧИТ», являющейся одним из макромодулей обрабатывающей системы «Сейспак» .

В пятой главе проводится исследование волновых полей разностных сейсмограмм противополокнонаправленных воздействий, приводятся примеры, иллюстрирующие эффективность применения разработанного алгоритма в разных сейсмогеологических условиях.

Результаты исследований автора диссертации опубликованы в 5 печатных работах.

Автор глубоко благодарен кандидату технических наук Бродову Л.Ю.- под руководством которого проделана работа, кандидату технических наук Худобиной Л. Н., за постоянную подцераку при проведении исследований.

Автор искренне благодарен младшим научным сотрудникам Россиной И. В., Крупиной Р. П., чьей высококвалифицированной помощью он пользовался в процессе написания работы.

Автор благодарен ведущим геофизикам Куличихиной Т. Н., Евстифееву В. И. за внимание и подцеркку.

Основные результаты проведенных исследований заключаются в следующем.

I. Развита общая теория выделения поперечных волн по признаку их поляризации при возбуждении.

Сформулирована модель трасс противоположнонаправленных воздействий, в которой в качестве факторов, обуславливающих их неидентичность, выделены различия в интенсивностях, начале отсчета и форме / записи возбуждаемых колебаний, случайный характер времен вступлений и амплитуд. Установлены количественные связи между оценками степени идентичности трасс и этими факторами.

Установлены аналитические связи между эффективностью выделения поперечных волн и оценками степени идентичности необращающихся и обращающихся частей полей противоположнонаправленных воздействий, при этом при определении меры эффективности селекции в качестве входI ного принимается отношение сигнал/помеха воздействия с большим относительным уровнем сигнала. Показано, что совокупность характеристик идентичности обращающихся и необращающихся частей полей: величины нормированных взаимных корреляций или среднеквадратические различия полей, величины постоянных временных сдвигов, различия в интенсивностях — однозначно определяет эффективность селекции. При этом степень идентичности необращающихся частей волновых полей является определяющие.'! фактором при селекциивысокая эффективность селекции может быть достигнута лишь при высоком подобии необращающихся частей полей.

2. Получены экспериментальные данные по 16 участкам, отличающимся как сейсмогеологическими условиями, так и особенностями методики проведения работ, о средних для участков оценках идентичности необращающихся частей волновых полей противоположнонаправленных воздействий для взрывных источников. Показано, что сфорг^лированная модель трасс противоположнонаправленных воздействии является достаточной для описания экспериментальных волновых полей.

3. Главных! вклад в остаточное после вычитания поле необращающихся волн вносят постоянные временные сдвиги и различия в интенсив-ностях необращающихся волнсреднеквадратическая величина остаточного поля за счет этих факторов оценивается в среднем ~ 0,35. Минимально возможное остаточное поле определяется дисперсией времен вступлений и амплитуд колебаний и оценивается (г-^п < 0,10.

На базе развитой теории и полученных экспериментальных данных об оценках идентичности необращающихся частей полей противоположно-направленных воздействий выработаны критерии построения оптимального алгоритма селекции. Показано, что в условиях реальных полей противоположнонаправленных воздействий схемы алгоритма на основе винеровского критерия оптимальности и критерия максимума сигнал/ /помеха сводятся к вычитанию трасс с коррекцией неидентичности необращающихся частей полей. При этом, чтобы получить относительное уменьшение поля необращающихся волн в 5−10 раз, достаточно компенсировать различия в постоянных временных сдвигах о1Т" и интенсивное > тях &-н .

Разработаны рекомендации по определению постоянных временных сдвигов ат и различий в интенсивностях & противоположнонаправленных воздействий. Выделены особенности их определения в условиях наложения нерегулярного шума. Показано, что рациональным является использовать при вычислении временных сдвигов функцию взаимной корреляции трасс, а различие в ынтенсивностях определять по различию в энергиях. При этом при вычислениях, наряду с интервалом регистрации необращающихся волн до прихода первой поперечной волны, возможно использ^ание интервалов совместной регистрации обращающихся и необращающихся частей полей, но при достаточном различии в их интенсивно стях.

4. Сформулирована модель разностных трасс при вычитании с коррекцией постоянных временных сдвигов и различий в интенсивностях необращающихся частей полей. Показано, что результирующие трассы, на которых присутствуют поперечные обращающиеся волны и остаточное поле необращающихся волн-помех, представляют собой суперпозицию колебании со случайными амплитудой, формой записи и временами регистрации. Показанр, что в условиях реальных полей форма записи обращающихся волн на разностных трассах близка к форме слагаемых и не наблюдается сколько-нибудь существенного искажения формы из-за неоптимальных условий суммирования. Степень регулярности и спектральный! состав остаточного поля необращающихся волн зависит от соотношений между факторами, определяющими неидентичность слагаемых, при этом спектральный состав остаточного поля может быть как близким, так и значительно отличаться от спектрального состава слагаемых.

5. Разработан алгоритм селекции волн по поляризации при возбуждении и составлена универсальная программа «ВШИТ», которая позволяет обрабатывать данные 03, ВСП, опытов по выбору условий возбуждения поперечных волн и является одним из макромодулей обрабатывающей системы «Сейспак». При вычитании трасс противогголожнонаправленных воздействий корректируются постоянный временной сдвиг № и различие в интенсивностях йк необращающихся частей полей. Надежность вычисления корректирующих параметров обеспечивается отбраковкой данных трасс с низкой идентичностью. Решение о необходимости коррекции принимается на основании сравнения остаточного поля необращающихся волн с пороговым значением, которое назначается. Проводится оценивание эффективности этого этапа обработки, вычисляется ряд характеристик, которые дают сведения о структуре волновых полей противоположнонаправленных воздействии.

Проведено опробование, программы «ВШИТ» в разных сейсмогеологи-ческих условиях при различного типа направленных взрывных источников. Получены оценки относительной величины остаточного поля необращающихся волн после вычитания — среднеквадратические величины остаточного поля в среднем для участков составляют (Г =0,10−0,20, т. е. имеет место ослабление необращающихся частей полей в 5−10 раз. Отношение сигнал/помеха на разностных сейсмограммах или эффективность выделения поля обращающихся поперечных волн оценивается при этом как в 6−15 раз. Показано, что программа «ВЫЧИТ» имеет щюиму-щества по сравнению с программой п5рь/ь/ французского института нефти, в которой приближенно реализован Крит ерш максимума сигнал/ /помеха.

6. Дальнейшие исследования процесса выделения поперечных волн по их поляризации при возбуждении должны протекать в следующих направлениях: I) следует далее развивать теорию выделения поперечных волн по признаку их поляризации при возбуждении в комплексе с процедурами дальнейшей обработки- 2) необходимо продолжить изучение волновых полей противоположнонаправленных воздействий на участках ухудшения эффективности селекции- 3) следует далее развивать программное обеспечение процедурысовершенствование алгоритма дожно идти по (пути реализации схем, обеспечивающих коррекцию спектрального состава колебании, а также создания схем на основе диалогового режима работы- 4) интересным направлением, очевидно, является обобщение и классификация данных о характеристиках обращающихся и необращающихся частей полей противоположнонаправленных воздействий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведены исследования выделения поперечных волн по признаку их поляризации при возбуждении. При этом впервые с единых позиций рассмотрен весь процесс выделения поперечных волн, включая вопросы построения и обоснования модели трасс противополоднонаправленных воздействий, оценки эффективности выделения поперечных волн на фоне необращающихся волн-помех, выработки критериев построения алгоритма селекции, вопросы реализации на ЭВД, исследование волновых полей разностных трасс.