Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Лучевое трассирование первого и последующих вступлений методом полей времен на нерегулярной сетке

Диссертация: Лучевое трассирование первого и последующих вступлений методом полей времен на нерегулярной сетке
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Основное требование к процедурам ее реализации: точный и быстрый расчет времен пробега волн различной природы в сложнопостроенных средах. При всем многообразии существующих методов решения прямой задачи и предлагаемых сеточных аппроксимаций модели, следует отметить, что по-прежнему существует проблема идентификации и интерпретации волн, не выходящих в первые вступления. Кроме того, согласно… Читать ещё >

Лучевое трассирование первого и последующих вступлений методом полей времен на нерегулярной сетке (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. РЕШЕНИЕ ПРЯМОЙ ЗАДАЧИ
    • 1. 1. Постановка задачи
    • 1. 2. Методы сейсморазведки
    • 1. 3. Обзор существующих численных методов решения прямой кинематической задачи
  • Глава 2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДА
    • 2. 1. Способ параметризации среды
    • 2. 2. Методы расчета волновых фронтов и лучей
  • Глава 3. ТЕСТОВЫЕ ПРИМЕРЫ
    • 3. 1. Решение эталонных задач
    • 3. 2. Принцип взаимности на квазирегулярной сетке
    • 3. 3. Примеры расчетов на моделях сложнопостроенных геологических сред
  • Глава 4. ОБРАБОТКА РЕАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
    • 4. 1. Уточнение сейсмических границ и сейсмическо-скоростной характеристики Баренцево-Карского региона на основании решения прямой задачи на отраженных и преломленных волнах
    • 4. 2. Обработка материалов по обменным волнам

Актуальность работы. Сейсмические методы исследования земных недр нашли применение в самых различных областях жизни человека: научных исследованиях строения Земного шара, изучении и прогнозе землетрясений, поиске полезных ископаемых, в первую очередь нефти и газа, инженерных обследованиях дорог, зданий, сооружений и т. п. Кроме общей востребованности сейсмики, как метода исследований, дополнительным фактором ее бурного развития является прорыв в компьютерных технологиях, который позволяет решать все более и более сложные вычислительные задачи. Это, в свою очередь, позволяет возвращаться к базовым проблемам сейсмических исследований на более высоком уровне. Одной из фундаментальных сейсмических задач является прямая задачамоделирование параметров распространяющихся сейсмических волн. Хорошую адаптацию сейсмики, как метода восстановления структуры определенных областей геологической среды, можно объяснить тем, что на ранних стадиях ее применения к более или менее простым моделям существовала возможность теоретически подтвердить и обосновать полученные результаты. Действительно, точный сейсмический отклик упругой Земли, в принципе, может быть вычислен в терминах конечной суммы свободных осцилляций. Подобные проверки были проведены для ряда предложенных стандартных моделей мантии {Resovsky and Ritzwoller, 1994; Ritzwoller and Lovely, 1994), для алгоритма лучевого трассирования на поверхностных волнах (Wang at al 1993), для определения точности полученного волнового поля (Um and Dahlen, 1992; Wang and Dahlen, 1994). Исторически, первые исследования были посвящены расчетам времен пробега (кинематическим параметрам) сейсмических волн в простейших средах — два однородных полупространства, среда с постоянным градиентом скорости и т. п. Впоследствии разрабатывались методики вычислений динамических, поляризационных параметров во все усложняющемся наборе моделей, тем не менее старая, но вечно юная прямая задача расчета времен пробега сейсмических волн постоянно востребуется практикой на все более и более высоких витках развития. Наиболее важные сферы применения прямой задачи — моделирование, сейсмическая томография и различные процедуры миграции.

Основное требование к процедурам ее реализации: точный и быстрый расчет времен пробега волн различной природы в сложнопостроенных средах. При всем многообразии существующих методов решения прямой задачи и предлагаемых сеточных аппроксимаций модели, следует отметить, что по-прежнему существует проблема идентификации и интерпретации волн, не выходящих в первые вступления. Кроме того, согласно современной тенденции (и это касается всех геофизических методик), необходимость планирования эксперимента заставляет на стадии описания опорной модели учитывать априорные сведения о геологии. Очевидно, разработка новых методов представления геофизической среды, адаптированных к последующему решению задач сейсмологии и сейсмотомографии, остается весьма актуальной задачей.

Предлагаемый в диссертации алгоритм решения прямой задачи не имеет специфических ограничений на область применения. Это могут быть и задачи большой сейсмологии и малоглубинные инженерные изыскания. Но так как апробация методики проходила на материалах морской сейсморазведки, специфика этих исследований нашла свое место в теоретических разделах работы.

Цели и задачи работы.

• Создание алгоритма решения прямой кинематической задачи на модели, в основе которой лежат априорные сведения о геологическом строении исследуемой среды.

• Развитие данного метода для расчета отраженных, преломленных и обменных волн.

• Исследование на модельных и практических примерах границ применимости построенного метода моделирования.

• Осуществление интерактивного численного эксперимента, основанного на обработке и анализе многокомпонентных полевых данных, полученных в районе Баренцева и Карского морей, и направленного на подбор оптимальной опорной модели среды.

• Интерпретация данных по типам волн на основе опорной модели среды, построенной по результатам МОВ-ОГТ, МПВ-ГСЗ.

Научная новизна.

1. Разработан алгоритм лучевого трассирования, в качестве структурной единицы которого используется нерегулярное разбиение, максимально приближенное к реальным геологическим средам.

2. Предложен подход, позволяющий моделировать все виды вторичных волн, порождаемых протяженным геологическим объектомсейсмическим горизонтом — с использованием принципа Гюйгенса.

3. На основании численных экспериментов определена эффективность разработанного метода, его практическая значимость и возможность извлечения дополнительный информации в сравнении с той, которая достигается уже известными методами.

4. В процессе интерактивного моделирования улучшена интерпретация данных для отраженных, преломленных и обменных волн на участке геотраверса 2-АР в Карском море.

Практическая ценность работы:

• разработан поход к решению прямой кинематической задачи, который увеличивает соответствие между физически значимыми принципами дискретизации среды, зависящими от априорной информации, и требованиями, выдвигаемыми математическим аппаратом задачи;

• предложен способ описания отраженных, преломленных и обменных волн, образованных протяженными геологическими объектами, типичными для морской геофизики;

• с помощью данной методики обработан материал по отраженным, преломленным, обменным волнам, полученный на Карском участке профиля 2-АР;

• на основании проведенных численных исследований можно составить рекомендации по проведению полевых работ с целью дальнейшей томографической обработки, т. е. осуществить планирование томографического эксперимента.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Результаты исследования были опубликованы в работах:

1. Vsemirnova Е.А., «2-D Raytracing on irregular mesh» // IV International conference «Geophysics 2003», 1−4 Oct., 2003, SPb, Book of abstracts, p. 4041.

2. Всемирнова E.A., «Двумерное лучевое трассирование на нерегулярной сетке» // Российский Геофизический журнал, 2004, 35−36, стр.4−7.

3. Всемирнова Е. А., Рослое Ю. В., Сакулина Т. С., «Кинематическое моделирование материалов ГСЗ» // 6-е чтения Федынского, Москва, май 2004, тезисы докладов, стр. 58.

4. Vsemirnova Е.А., Rostov Yu.V., «Raytracing on Irregular mesh» // V International Conference «Problems of Geocosmos», St. Petersburg, 2004, Book of abstracts, p. 68.

5. Vsemirnova E.A., «2-D raytracing for the case of curved boundaries between two half-spaces» // Day on Diffraction, 2004, Book of abstracts, p. 83.

6. Vsemirnova E.A., Roslov Yu.V., «Raytracing on Irregular mesh» // Proceedings of the International Conference «Problems of Geocosmos», Saint-Petersburg, 2004, p.272−275.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведенные исследования показывают, что алгоритм лучевого трассирования методом полей времен на нерегулярной сетке может быть успешно применен к обработке и интерпретации реальных сейсмических многокомпонентных материалов. По сравнению с большинством существующих методов решения прямой кинематической задачи методами лучевого трассирования, предложенный алгоритм обладает значительным уровнем спецификации по отношению к типу волн.

В соответствии с поставленными задачами в данной работе были получены следующие результаты:

1. Рассмотрены основные методы решения прямой кинематической задачи в сложнопостроенных средах на основе сеточных аппроксимаций с целью определения возможности их оптимального применения для обработки сейсмических данных. Было показано, что наилучшие возможности при дальнейшей интерпретации дает метод на опорной модели, в основе которой лежат априорные сведения о геологическом строении исследуемого объекта.

2. Создан алгоритм лучевого трассирования первого и последующих вступлений на квазирегулярной сетке, основой для построения которой является выделенный сейсмический горизонт (горизонты).

3. На основании тестовых синтетических примеров определены точность и границы применимости алгоритма, оценена устойчивость по отношению к характерным нерегулярностям модели.

4. Установлена пригодность алгоритма для моделирования реальных сред с существенными латеральными изменениями скоростных параметров вдоль линии профиля, что позволяет использовать данный подход для моделирования профильных морских съемок с учетом их последующей томографической обработки.

5. В процессе интерактивного моделирования на основе многокомпонентных полевых данных ГШ 111 «Севморгео», полученных в районе Южно-Карского шельфа, уточнены особенности геологии среды (Пахтусовский прогиб), которые не выделялись при обработке МОВ-ОГТ.

6. На основании представления для модели среды, разработанного с использованием данных MOB, МПВ, улучшена интерпретация данных по обменным волнам и вычислены приближенные значения коэффициентов обмена.

Проведенное тестирование показало, что гибкость предложенной аппроксимации скоростной среды позволяет уже на стадии решения прямой задачи свести к минимуму невязки расчетов и наблюдений, что существенно облегчает последующую томографическую обработку.

Данные интерактивного моделирования с использованием предложенного метода решения прямой кинематической задачи способны значительно пополнить объем полевых данных сейсморазведки, подлежащих интерпретации. Это является серьезным шагом в задаче обработки материалов многокомпонентной сейсморазведки.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Морская геофизика/ под ред. А. Н. Телегина. — М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2002. — 237 с.
  2. Ю.И., Рослов Ю. В., Рыжков В. И., Многокомпонентные наблюдения с автономными донными сейсмическими станциями на опорных профилях АР-1, АР-2 в Баренцевом и Карском морях и на Штокмановской структуре, Arctic Shelf Association Conference, 2004.
  3. Caldwell J., Marine multicomponent seismology, The Leading Edge 1999, 10, 1274−1282.
  4. J. M. Carcione, G. C. Herman and A.P.E. ten Kroode, Seismic modeling GEOPHYSICS Vol 67, № 4, 2002.
  5. A.H., Гальперин E. И., Мирзоян Ю. Д. и др., Промысловая сейсмика сейсмические исследования на этапе разведки и эксплуатации месторождений. -М.: Изв. ВУЗов, «Геология и разведка», № 7, 1980.
  6. Stefen P. Grand, Rob D. van der Hilst, Global Seismic Tomography: A Snapshot of Convection in the Earth. J. GSA Today, April 1997, Vol.7, No 4, p. 1−7.
  7. Dapeng Zhao, J.R.Kayal, Impact of seismic tomography on earth sciences, J. Current Science, special section: seismology November 2000, Vol.79, No 9, p. 1208−1214.
  8. L. T. Ikelle, L. Amundsen, S. Yoo, An optimization of the inverse scattering multiple attenuation method for OBS and VC data GEOPHYSICS Vol 67, № 4, 2002.
  9. S.Guberman, Yu. Pikovski, E. Rantsman, Risk reduction in oil/gas exploration by combining geomorphological analysis and artificial intelligence SEG 1998 Annual Meeting.
  10. A. Gorbatov, Y. Fukao and S. Widiyantoro Application of a three-dimensional ray-tracing technique to global P, PP and Pdiff traveltime tomography, Geophysical Journal International, V.146, Issue 3, Page 583 -September 2001 .
  11. Аки К., Ричарде П., Количественная сейсмология. М.: Мир, 1983.
  12. , F. К., 1994, The anatomy of diving waves: 64th Ann. Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, 1561−1563.
  13. Simmons, Jr., J. L., and Backus, M. M., 1988, First arrival times and diving-wave tomography: 58th Ann. Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, Session: S21.5.
  14. P. Ditmar, J. Penopp, R. Kasig & J. Makris, Interpretation of shallow refraction seismic data by reflection/refraction tomography, Geophysical Prospecting, V. 47,1. 6, P. 871 November 1999.
  15. Podvin, P., and Lecomte, I., 1991, Finite difference computation of traveltimes in very contrasted velocity models: A massively parallel approach and its associated tools: Geophysical Journal International, 105, 271−284.
  16. Qin, F., Luo, Y., Olsen, K.B., Cai, W., and Schuster, G. Т., 1992, Finite-difference solution of the eikonal equation along expanding wavefronts: Geophysics, 57, no. 3, 478−487.
  17. Marquering, H., Dahlen, F.A. and Nolet, G. 1999. Three-dimensional sensitivity kernels for finite-frequency traveltimes: The banana-doughnut paradox. Geophys. J. Int. 137, 805−815.
  18. Abgrall, R., and Benamou, J.-D., 1996, Multivalued traveltime fields, ray tracing and ekonal solver on unstructured grids: 66th Annual Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, 1208−1211.
  19. Biondi, В., Fomel, S., and Alkhalifah, Т., 1997, «Focusing» eikonal equation and global tomography: SEP-95, 61−76.
  20. Cao, S., and Greenhalgh, S. A., 1994, Finite-difference solution of the eikonal equation using an efficient, first-arrival wavefront tracking scheme: Geophysics, 59, no. 4, 632−643.
  21. Moser T.J., Shortest paths calculation of seismic rays, Geophysics 56 (1991), 59−67.
  22. Vidale J., Finite-difference calculation of traveltime: Bulletin of Seis.Soc.Am., 78, 2062−2076.
  23. Urdaneta H., Biondi В., Shortest-path calculation of first-arrival traveltimes by expanding wavefronts. Stanf.Expl.Project, report 82, May 11 2001, p. l-144.
  24. , J.A., 1996a, A fast marching level set method for monotonically advancing fronts: Proc. Nat. Acad. Sci., 93, no. 4, 1591−1595.
  25. Cormen, Т.Н., Leiserson, С. E., and Rivest, R. L., 1990, Introduction to algorithms: McGraw-Hill. Dijkstra, E. W., 1959, A note on two problems in connection with graphs: Numer. Math., 1, 269−271.
  26. Alkhalifah, Т., and Fomel, S., 1997, Implementing the fast marching eikonal solver: Spherical versus cartesian coordinates: SEP-95, 149−171.
  27. Dziewonski, A.M. und Woodhouse, J.H., 1987. Global images of the Earth’s Interior. Science 236, 37−48.
  28. Michelini, A. and McEvilly, T.V., 1991. Seismological studies at Parkfield. I. Simultaneous inversion for velocity structure and hypocenters using cubic B-splines parametrization. Bull. Seis. Soc. Am., 81, 524−552.
  29. Thurber, C.H. and Kissling, E., 2000. Advances in travel-time calculations for three-dimensional structures. In: Thurber, C.H.
  30. Kissling E., Husen S., Haslinger F., Model parametrization in seismic tomography: a choice of consequence for the solution quality. Physics of the Earth and Planetary Interior 123 (2001) 89−101.
  31. Grunberg M., Genaud S., Mongenet C., Seismic ray-tracing and Earth mesh modeling on various parallel architectures. J. of Supercomputing, 1−18.
  32. Haslinger, F. and Kissling, E., 2001. Investigating the effect of the applied ray tracing in local earthquake tomography. Phys. Earth Plan. Int., 123, 103 114.
  33. M.B., Рослов Ю. В., Двухточечное лучевое трассирование методом полей времен в анизотропных сложнопостроенных средах. Ж. Геофизика, 1997, № 5, 23−31.
  34. Virieux, J. and Fara, V., 1991. Ray tracing for earthquake location in laterally heterogeneous media. J. Geophys. Res. 93, 6585−6599.
  35. Rawlinson N., Sambridge M., Wave front evolution in strongly heterogeneous layered media using the fast marching method. Geophys. J.Int., 2004,156, 631−647.
  36. Rawlinson N., Sambridge M., Irregular interface parametrization in 3-D wide-angle seismic traveltime tomography. Geophys. J.Int., 2003, 155, 7992.
  37. Sava P., Fomel S., Huygens wavefront tracing: a robust alternative to raytracing. 1998 SEG Expanded Abstracts.
  38. P., Fomel S., 3-D traveltime computation using Huygens wavefront tracing. GEOPHYSICS, VOL. 66, NO. 3 (MAY-JUNE 2001) — P. 883−889.
  39. Г. (ред.), Сейсмическая томография, М: Мир, 1990, 416 стр.
  40. Sun Y., Clapp R.G., and Biondi В., Three dimensional dynamic ray tracing in complex geological structures, SEP-93.
  41. Paige Ch.C., Saunders M.A., Algorithm 583 LSQR: Sparce linear Equations and Least Squares Problems, ACM Transactions on Mathematical Software, Vol.8, No.2, June 1982, p. 195−209.
  42. Albertin, U. K., and Wiggins, W., 1994, Embedding geologic horizon surfaces in tetrahedral meshes for geologic modeling: 64rd Annual Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, 502−505.
  43. Guiziou, J.L., Mallet, J.L., Nobili, P., Anandappane, R., and Thisse, P., 1991, 3-D ray-tracing through complex triangulated surfaces: 61st Annual Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, 1497−1500.
  44. Hale, D., and Cohen, J.K., 1991, Triangulated models of the Earth’s subsurface: Center for Wave Phenomenon Report, CWP-107.
  45. Thurber, C.H. and Eberhart-Phillips, D., 1999. Local earthquake tomography with flexible gridding. Computers and Geoscience 23, 809−818.
  46. Курдюкова T В Гольдин С В Митрофанов Г М Лучевое трассирование в блоковых средах: проблемы и их решение Институт геофизики СО РАН Новосибирск 2004 доклад.
  47. Clayton, R. W., and McMechan, G. A., 1981, Inversion of refraction data by wave-field continuation: Geophysics, 46, no. 6, 860−868.
  48. Т. Б., Порохова Л. Н. Обратные задачи геофизики, Л., Изд-во ЛГУ, 1983 г
  49. Larry R. Lines, Alton К. Schultz, Sven Treitel, Cooperative inversion of geophysical data, J.Geophys., Vol.53,No. 1 (January 1988), p.8−20.
  50. , G., 1978. Simultaneous inversion of seismic data. Geophys. J. R. astr. Soc. 55, 679−691.
  51. Alkhalifah, T.A., and Tsvankin, I., 1994, Velocity analysis for transversely isotropic media: 64th Ann. Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, 1000−1003.
  52. , J.G., 1964, The elusive first arrival: Geophysics, 29, no. 5, 806 813.
  53. Hole, J., Clowes, R., and Ellis, R., 1992, Interface inversion using broadside seismic refraction data and three-dimensional travel time calculations: J. Geophys. Res., 97, no. B3, 3417−3429.
  54. , J., 1992, Nonlinear high-resolution three-dimensional seismic traveltime tomography: J. Geophys. Res., 97, no. B5, 6553−6562.
  55. , J. D., 1978, Transformation of time-distance curves of diving waves into a multilayered model: Geophys. Prosp., 26, no. 1, 48−81.
  56. , D., 1981, An introduction to the generalized reciprocal method of seismic refraction interpretation: Geophysics, 46, no. 11, 1508−1518.
  57. Schoenberg, M., and Muir, F., 1989, A calculus for finely layered anisotropic media: Geophysics, 54, no. 5, 581−589.
  58. , R., 1996, Numerical discretization of the first-order Hamilton-Jacobi equation on triangular meshes: Comm. on Pure and Applied Math., XLIX, 1339−1373.
  59. , S., 1995, Amplitude preserving offset continuation in theory Part 1: The offset continuation equation: SEP-84, 179−198.
  60. FomeI, S., 1996, Migration and velocity analysis by velocity continuation: SEP-92, 159−188.
  61. Науки о Земле: Современные проблемы сейсмологии: Сб. тр./Сост. А. В. Лавров. -М.: Вузовская книга, 2001. 176 с.
  62. В.Ю. Новые возможности в интерпретации годографов обменных волн//Вулканология и сейсмология, 1999, № 4−5. С. 145−151.
  63. В.Ю. Определение скорости продольных волн и мощности слоя по разности годографов обменных поперечных и продольных волн//Физика Земли, 2000, № 3. С. 3−10.
  64. В.Ю. Методы численного обращения годографов сейсмических волн. М.:Наука, 1993. 100 с
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!