Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Учет влияния неоднородности верхней части разреза в сейсморазведке 12
1.1 О роли эффективных скоростей в задаче структурных построений 12
1.2 Основные типы неоднородностей верхней части разреза 15
1.3 Учет влияния ВЧР статическими поправками 24
1.3.1 Методы изучения ВЧР 24
1.3.2 Способы расчета статических поправок 27
1.4 Коррекция статических поправок 30
1.5 Дефекты компенсации влияния рельефа дневной поверхности статическими поправками 34
1.6 Альтернативные способы компенсации влияния рельефа дневной поверхности 41
1.7 Выводы к главе 1 48
Глава 2 Параметрический способ учета неоднородности верхней части разреза 49
2.1 Локальная кинематическая модель среды 49
2.2 Варианты взаимного расположения линий наблюдения и приведения 52
2.3 Пересчет волнового поля на линию приведения 53
2.4 Скоростной анализ 56
2.5 Анализ модельных ошибок 56
2.6 Выводы к главе 2 61
Глава 3 Верификация параметрического способа на данных математического моделирования 62
3.1 Инструментарий 62
3.2 Однородный слой на полупространстве 64
3.3 Двухслойная модель среды с произвольным рельефом дневной поверхности 67
3.4 Ошибки исходных данных модели ВЧР 71
3.5 Коррекция кинематических параметров волнового поля после стандартной обработки 76
Глава 4 Методика пересчета кинематических параметров волнового поля для моделей ВЧР Западной и Восточной Сибири 79
4.1 Западная Сибирь 80
4.2 Восточная Сибирь 88
4.3 Применение уравнения средней скорости в задаче пересчета волнового поля 96
4.4 Выводы к главе 4 100
Глава 5 Апробация параметрического способа учета неоднородности ВЧР на полевых материалах 103
Заключение 109
Список сокращений 112
Список литературы 113
- Основные типы неоднородностей верхней части разреза
- Анализ модельных ошибок
- Ошибки исходных данных модели ВЧР
- Восточная Сибирь
Введение к работе
Актуальность исследования. Современные системы обработки
сейсмических данных основываются на гиперболичном описании
годографов отраженных волн, полученных в предположении, что
наблюдения выполнены на плоской горизонтальной поверхности.
Поскольку реальная земная поверхность только в исключительных
случаях может быть описана горизонтальной плоскостью, при обработке
данных наземных сейсморазведочных работ требуется выполнить
пересчет волнового поля с поверхности (линии для 2D) наблюдений
произвольной формы на горизонтальную плоскость (линию для 2D)
приведения, т. е. произвести учет структурно-скоростной неоднородности
верхней части разреза (ВЧР). От корректности этого преобразования
напрямую зависит достоверность получаемых в процессе обработки
кинематических параметров отраженных волн. В силу указанного
обстоятельства, компенсация влияния приповерхностных
неоднородностей является важным этапом при обработке данных метода общей средней точки (МОСТ).
Проблема учета неоднородностей верхней части разреза известна достаточно давно и является частью общей задачи прогноза параметров среды по данным сейсмических работ. Способы изучения и учета различных типов неоднородностей ВЧР рассматриваются множеством российских и зарубежных авторов; достаточно подробный обзор представлен в работе [Козырев и др., 2003], существует большое количество современных публикаций зарубежных [Congde et al., 2009; Entezari et al., 2011; Ofomola, 2011; Alaminiokuma et al., 2012; Roy, 2012; Sinha, 2012; Ajani et al., 2013; Odii, 2014; Agha, 2015; K’Orowe et al., 2016] и российских авторов [Монастырев и др., 2003; Орлова и др., 2004 а, 2004 б; Гриценко и др, 2006; Кузнецов и др., 2007; Геништа и др., 2007, 2014; Завьялов, 2012, 2013; Сергеев и др., 2015; Нанишвили, 2016]. В работе [Гогоненков и др., 2007] авторами рассматривается способ учета погруженных неоднородностей, представленных многолетнемерзлыми породами, с помощью которого представляется возможным увеличение точности прослеживаемости целевых границ и геометрии отражающих горизонтов. Оценки искажающего влияния ВЧР на динамические характеристики волн приводятся в работе [Зимирева и др., 2010]. Решения для задач, сходных с тематикой исследования, опубликованы в следующих работах [Berryhill, 1979, 1984; Bevс, 1997; Saleh, 2004; Евдокимов и др., 2006; Черняк и др., 2005, 2009; Долгих, 2006, 2010].
Традиционным способом пересчета волнового поля с рельефа дневной поверхности на горизонтальную линию приведения является ввод статических поправок, определенных для каждого пункта взрыва
(ПВ) и пункта приема (ПП). В этом случае годограф отраженной волны, определенный от линии наблюдения, описывается суммой нормального годографа общей средней точки (ОСТ), рассчитанного от линии приведения, и статических поправок:
t= \tl + Q/v)2 + ts + тг, (1)
где t0 - вертикальное время отраженной волны, определенное от линии приведения, I - удаление ПВ-ПП, v - скорость ОСТ, тх,тг - статические поправки за источник и приемник соответственно.
Способ статических поправок применяется с учетом допущения, согласно которому геометрия распространения сейсмических лучей в области пересчета волнового поля считается вертикальной.
Рисунок 1 – Схемы рельефа (h,м) и эффективной скорости (vэф, м/с) (Нижневартовский свод) (по А.П. Сысоеву)
Это условие выполняется при малых удалениях ПВ-ПП, а также при большом перепаде скоростей на подошве зоны малых скоростей (ЗМС). Если помимо ЗМС в интервал пересчета волнового поля попадает слой подстилающих высокоскоростных пород, то условие вертикальности лучей в описываемой области не выполняется для сопоставимых с глубиной исследования удалений ПВ-ПП, что неизбежно приводит к искажениям эффективных скоростей, определяемых по годографам отраженных волн, и, как следствие, делает этот важный кинематический параметр непригодным для решения задач структурной интерпретации. Указанный эффект можно проиллюстрировать практическим примером схем рельефа и эффективной скорости по площади, расположенной на территории Западной Сибири (рисунок 1).
Приоритет в оценке искажающего влияния рельефа поверхности на оценки эффективной скорости отраженных волн вводом статических поправок принадлежит доктору технических наук Сысоеву А.П. Им впервые выполнена аналитическая оценка и описание дефектов решения при использовании модели статических поправок, применяемой в настоящее время для компенсации всех типов неоднородностей ВЧР, и рекомендованы более корректные методы решения для компенсации влияния неоднородностей зоны малых скоростей и рельефа дневной поверхности.
Для исключения искажающего влияния рельефа дневной поверхности на оценки эффективной скорости требуется разработать и программно реализовать новый подход к решению задачи учета поверхностных неоднородностей, корректно описывающий геометрию распространения лучей в верхней части разреза, представленной произвольными изменениями структурно-скоростных характеристик слоев.
Целью работы является повышение точности структурных построений, полученных с использованием оценок эффективной скорости отраженных волн на основе применения новых способов компенсации неоднородности верхней части разреза при обработке сейсмических данных.
Задачи исследований:
-
Разработка и программная реализация параметрического способа компенсации влияния неоднородности ВЧР, учитывающего траекторию распространения сейсмических лучей в области пересчета, основанного на уравнении среднеквадратичной скорости.
-
Верификация и оценка области применимости параметрического способа на результатах математического моделирования.
-
Оценка устойчивости параметрического способа к погрешностям априорных значений скорости в ВЧР.
Фактический материал и методы исследования.
Решение задачи компенсации неоднородности ВЧР основано на
описании годографов общей средней точки параметрическими
уравнениями для двухслойной модели среды, предложенными в работах
Сысоева А.П. и Черняка В.С. В рассматриваемой научно-
квалификационной работе использованы методы математического анализа и уравнения геометрической сейсмики: законы Снеллиуса, Бенндорфа; уравнения Урупова-Дикса; параметрическое описание годографов отраженных волн; определения скоростей отраженных волн: эффективной, среднеквадратичной, предельной эффективной, лучевой, кажущейся. В работе использовались методы последовательного
приближения, корреляционного анализа, интерполяции дискретных
последовательностей, математического моделирования. Достоверность
полученных результатов определяется результатами обработки
численных моделей. Результаты математического моделирования и обработки авторскими программами сопоставлялись с результатами обработки в программных продуктах RadexPro и Tesseral. Программы, разработанные соискателем, написаны в программном обеспечении Matlab.
Личный вклад автора.
Определены области применения методов учета неоднородностей ВЧР (параметрического способа и способа статических поправок). Разработаны алгоритмы и программы:
моделирования волнового поля с неоднородной структурой ВЧР;
горизонтального скоростного анализа с компенсацией ВЧР параметрическим способом;
пересчета волнового поля на линию приведения на основе расчета и ввода параметрических поправок.
С целью верификации параметрического способа и обоснования методики решения задачи компенсации ВЧР с вертикальной и латеральной неоднородностью распределения скорости выполнена серия экспериментов на математических моделях волнового поля, а также на полевом профиле, расположенном на территории Восточной Сибири. Доказано, что разработанный параметрической способ компенсации влияния неоднородности ВЧР является дополнением к традиционному способу статических поправок и позволяет расширить возможности математических методов, применяемых для решения указанных задач, что в конечном счете повышает точность структурных построений, полученных с использованием кинематических параметров отраженных волн.
Научная новизна работы. Уравнение среднеквадратичной скорости (совместно с А.П. Сысоевым) адаптировано для описания двухслойной модели среды с переменными мощностью и скоростью первого слоя, характеризующего ВЧР. Допускается, что указанная область может быть представлена кинематическими параметрами нескольких слоев.
Для каждой трассы волнового поля введена локальная
кинематическая модель среды с описанием рельефа линейной функцией, проходящей через точки ПВ и ПП, в рамках которой получены аналитические выражения для определения параметрических поправок и пересчета кинематических параметров волнового поля на горизонтальную линию приведения.
Доказано, что уравнения, описывающие учет влияния ВЧР статическими поправками и параметрическим способом, представляют две аппроксимации скоростной модели верхней части разреза. В случае статических поправок допущение о вертикальности распространения сейсмического луча в зоне неоднородности определяет стремление к нулю скорости в указанной области. Использование параметрического способа наиболее эффективно в случаях, когда скорость в интервале пересчета стремится к скорости в подстилающей толще.
В условиях наличия перепада скоростей в области пересчета доказано, что наименьшую погрешность обеспечивает комбинированный способ пересчета волнового поля, сочетающий способ статических поправок для учета ЗМС и параметрический способ компенсации высокоскоростных подстилающих пород, слагающих ВЧР.
При компенсации сравнимых с длиной годографа азимутальных неоднородностей рельефа статическими поправками вероятно появление кажущейся азимутальной анизотропии эффективной скорости.
Защищаемые научные положения и результаты:
-
Параметрический способ компенсации влияния неоднородности ВЧР, основанный на уравнении среднеквадратичной скорости для локальной модели среды, позволяет повысить достоверность результатов структурной интерпретации данных метода отраженных волн.
-
Сочетание статических и параметрических поправок расширяет возможности методов корректной компенсации влияния неоднородности ВЧР.
-
Оценки эффективных глубин отражающих горизонтов устойчивы к погрешностям определения скорости в ВЧР в условиях слабокриволинейного рельефа.
Практическая значимость и реализация работы.
При компенсации неоднородности ВЧР статическими поправками в неявной форме формулируется задача получения неискаженных значений только одного кинематического параметра отраженных волн – вертикального времени. Независимо от фактической ситуации, верхняя часть разреза определяется как однородный слой, в котором сейсмические лучи распространяются субвертикально. При невыполнении этого условия, латеральные неоднородности ВЧР приводят к искажению эффективной скорости отраженных волн. В этом случае задача структурных построений ограничена узким классом скоростных моделей среды, для которых формируется линейная зависимость между глубинами горизонтов, определенными в точках скважин и вертикальным временем отражений.
Параметрический способ позволяет описать ВЧР многослойной
моделью среды и выполнить пересчет волнового поля с учетом
аналитически выраженных зависимостей как вертикального времени, так
и эффективной скорости. В результате корректного учета неоднородности
ВЧР проявляется корреляционная зависимость между эффективной и
средней скоростью отражающего горизонта. Совместное использование
двух независимых кинематических параметров (вертикальное время и
эффективная скорость) расширяет класс скоростных моделей структурной
интерпретации, т.к. параметры эффективной скорости и эффективной
глубины позволяют описывать скоростные модели объектов со
значительными латеральными вариациями средней скорости, что
позволяет существенно повысить достоверность результатов структурной
интерпретации. Таким образом, результаты работы могут быть
использованы при обработке и интерпретации данных
сейсморазведочных работ в районах со сложным строением ВЧР.
Полученные результаты могут использоваться также в учебных курсах ВУЗов для студентов направлений 21.05.03 «Технология геологической разведки» и 21.05.02 «Прикладная геология».
Достоверность и обоснованность научных положений
подтверждается завершенными теоретическими разработками,
результатами аналитических исследований, результатами обработки данных математического моделирования волновых полей для слоисто-однородных моделей сред с произвольным изменением структурно-скоростных параметров ВЧР и непротиворечивостью выводов автора и предшествующих работ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены на заседаниях кафедры геофизических и геохимических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского горного университета в 2014-2017 гг. Некоторые из результатов исследования доложены и получили нейтральную либо положительную оценку на следующих научных конференциях: X Международная научно-практическая конференция «Геофизика-2015» (2015), V международная конференция молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского (2017), XVII Всероссийский семинар «Геодинамика. Геомеханика и геофизика» (2017).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 2 статьи представляют основные результаты исследования в изданиях, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, 5 глав,
заключения, содержит 123 страницы, включая 75 рисунков, 5 таблиц,
список сокращений и список использованных источников из
Основные типы неоднородностей верхней части разреза
В настоящее время при цифровой обработке сейсмических данных применяются две принципиальные кинематические модели отраженных волн:
1) локально-однородная модель, описывающая скоростную модель среды от линии приведения до отражающей границы вертикальным временем и эффективной скоростью отраженных волн;
2) слоистая локально-однородная модель — модель, которая представляется как объединение (сглаживание) локальных моделей, полученных при рассмотрении сравнительно небольших участков волнового поля, для которых выполняется замещение реальных слоев однородными с описанием скорости в них некоторыми средними или интервальными значениями [Пашков, 1995]. Реальные наземные наблюдения выполняются от дневной поверхности, которая только в редких случаях описывается горизонтальной плоскостью. Кроме того, нарушения модели обработки обусловлены влиянием неоднородности верхней части разреза, выражающейся в переменных мощностях и скоростях слоев, которые не имеют прямого отображения в поле отраженных волн. Резкие локальные вариации параметров этих отложений не укладываются в локально однородные модели волнового поля, поэтому компоненты кинематики, связанные с распространением лучей в неоднородной верхней части разреза, выделены в отдельную составляющую, факторизованную (параметризованную) по координатам источников и приемников.
При использовании слоистых локально-однородных типов моделей для описания характеристик изучаемого объекта, неоднородности ВЧР могут быть выражены параметрами модели и учтены непосредственно при послойном решении обратной кинематической задачи, основанном на так называемом кинематико-динамическом преобразовании. Данная методика находит применение в следующих работах [Глоговский и др., 1982, 2011; Лангман и др., 2011; Давлетханов, 2015; Анисимов и др., 2015 а, 2015 б, 2015 в], где авторы рассматривают задачу нахождения глубинно-скоростной пластовой модели среды путем миграции данных непосредственно от рельефа.
Таким образом, ВЧР является термином свободного пользования и, в общем случае, определяется как составляющая разреза, которая не описывается кинематической моделью среды. В свете этого понятно, что структура ВЧР определяется физико-геологической моделью изучаемого объекта и типом конкретной кинематической модели обработки. Так, по утверждениям некоторых исследователей, к ВЧР могут относить совокупность слоев, суммарная мощность которых может достигает 1500 м [Берсенева и др., 2010; Кузнецова, 2016].
В общем случае задача компенсации ВЧР рассматривается как исключение влияния верхней части разреза на кинематические параметры отраженных волн и может быть реализована двумя этапами: 1) пересчет поля до зоны стабилизации скорости; 2) пересчет поля на горизонтальную линию приведения с постоянной скоростью, равной обычно скорости в подстилающих толщах.
При значительных перепадах альтитуд рельефа дневной поверхности допускается использование плавающей линии приведения, представляющей собой сглаженные высотные отметки рельефа.
Основными факторами ВЧР, влияющими на волновое поле отраженных волн, являются [Сысоев, 2011]:
1) Рельеф дневной поверхности. Линейные размеры площади сейсмических исследований составляют десятки километров. Поэтому даже для равнинных территорий перепад отметок высот может составлять десятки метров.
2) Зона малых скоростей. Вариации мощности ЗМС на площади сейсмических исследований составляют первые десятки метров. Но низкие значения скорости в ЗМС определяют значимые с практической точки зрения задержки времен регистрации отраженных волн.
3) Погруженные неоднородности. К последнему типу можно отнести неоднородности типа многолетнемерзлых пород.
Рельеф дневной поверхности является общим фактором неоднородности ВЧР для основных районов сейсморазведочных работ Западной и Восточной Сибири. Для равнинной в целом территории Западной Сибири можно выделить территории с практически горизонтальным рельефом дневной поверхности. Пример такого объекта с перепадом абсолютных отметок рельефа 13 м приведен на рисунке 1.4. На рисунках 1.5, 1.6 представлены примеры площади съемок с перепадом высот 50 м и 100 м соответственно. В общем случае перепад высот рельефа до 100 м не является исключительным событием.
Рельеф территории Восточной Сибири существенно более сложный по сравнению с Западно-Сибирским регионом. Перепады значений альтитуд в пределах площади (профиля) работ могут достигать 200-300 м (рисунки 1.7, 1.8).
Практически во всех районах проведения сейсморазведочных работ присутствует приповерхностный слой, представленный современными рыхлыми отложениями, которые подвержены процессам выветривания, денудации и эрозии. В результате в указанных породах образуются поры и трещины, заполненные водой, водяными парами, газами и воздухом, что приводит к возникновению резко неоднородной среды, прохождение волн через которую сопровождается их повышенным затуханием. Данный интервал разреза принято называть зоной малых скоростей. Скорость распространения сейсмических волн в ЗМС в большинстве случаев не превышает значений порядка 800 м/с. На участках, сложенных сухими песками, торфом, почвой, илами, озерными и болотными отложениями, скорости ЗМС могут понижаться до значений первых сотен метров в секунду. В случаях, когда мощность верхней рыхлой толщи велика, ниже по разрезу может выделяться зона пониженных скоростей (ЗПС), представленная обычно песками, супесями, суглинками, глинами, и выветрелыми горными породами, скорость в которых изменяется до 1100 м/с. Скорости в породах, расположенных ниже уровня грунтовых вод, как правило, превышают 1600 м/с [Справочник, 1966].
На рисунках 1.9, 1.10 представлены схемы скоростей и мощностей ЗМС, полученные в результате обработки данных микросейсмокаротажа на площадях Томской области. Скорости ЗМС на большей части территории работ изменяются в диапазоне 400-600 м/с, в отдельных частях площади их значение понижается до 100-120 м/с. Мощность ЗМС первой площади варьирует от 4 до 12 метров с понижением в отдельных районах до значений 1-2 метров, и достигает 28-30 м на второй.
Скорость подстилающих ЗМС пород на территории Западной Сибири является стабильным ( 1650 м/с) параметром скоростной модели ВЧР, который надежно определяется по кажущейся скорости преломленной волны.
Анализ модельных ошибок
Под модельными ошибками будем понимать погрешности решения, которые обусловлены несоответствием формальной постановки задач пересчета точному решению.
Задача компенсации неоднородности верхней части разреза как минимум определяется двухслойной моделью, где верхний слой описывает неоднородность ВЧР. Поскольку для двухслойной модели среды не существует аналитического описания годографа, все формульные выражения задачи пересчета волнового поля являются асимптотическими.
Аналитическое выражение, описывающее искажение предельной эффективной скорости отраженных волн при вводе статических поправок получено для однородной модели среды (1.11). Отметим, что это уравнение приводится к структуре уравнения среднеквадратичной скорости (2.6) при равенстве нулю скорости распространения сейсмических волн в верхней части разреза
Последнее соответствует предположению о вертикальности траектории распространения сейсмических волн в интервале пересчета.
Стандартная модель, включающая уравнение нормального годографа и статические поправки (1.1), заключает в себе условие близости к нулю скорости в ВЧР. Следовательно, модель статических поправок соответствует задаче пересчета поля для двухслойной модели с большим перепадом скоростей на границе слоев.
Наоборот, в параметрической модели для описания годографа отраженной волны применяется уравнение среднеквадратичной скорости.
Среднеквадратичная скорость будет приближаться к эффективной при уменьшении разности скоростей в слоях.
В работах [Сысоев, 2008, 2011] в задаче пересчета кинематических параметров отраженной волны использовано уравнение средней скорости. Для локальной кинематической модели среды уравнение представляется в виде: vc(t0 + rs + тг) = vctH = v0t0 + VSTS + vrxr. (2.16)
Значения средней скорости также соответствуют эффективной скорости для однородной модели среды. Тем не менее, имеет смысл опробовать это уравнение для решения задачи пересчета параметров волнового поля.
Таким образом, уравнения (2.6; 2.15; 2.16) представляют собой разнонаправленные асимптотики, описывающие преобразование кинематических параметров волнового поля в задаче пересчета волнового поля.
Для иллюстрации ограничений способов представим результаты численного эксперимента.
Рассмотрим двухслойную модель среды (рисунок 1.15). Первый слой мощностью 20 м, ограниченный дневной поверхностью и линией приведения, определяет ВЧР. Целевой отражающий горизонт залегает на глубине 1000 м, скорость интервала разреза от линии приведения до отражающего горизонта постоянна и равна v2 = 2000 м/с. Значение скорости в первом слое vt будем изменять от 0 м/с до значения скорости во втором слое. Для каждого значения скорости ВЧР, используя уравнения параметрического описания годографа для многослойной среды (2.1), рассчитаем годограф и определим на линии наблюдения эффективную скорость отраженной волны (рисунки 2.4 а, 2.5 а).
Далее выполним процедуру пересчета на линию приведения следующими способами:
1) сдвигом времен годографа статическими поправками с последующей оценкой эффективной скорости;
2) параметрическим способом - пересчетом параметров годографа по формуле (2.6);
3) пересчетом эффективной скорости по уравнению средней скорости (2.16);
4) пересчетом эффективной скорости по уравнению предельной эффективной скорости (2.15).
При точном решении задачи пересчета мы должны восстановить значение эффективной скорости, равной скорости второго слоя (2000 м/с) модели.
Результаты преобразований представлены на рисунке 2.4 б. Здесь по оси абсцисс показаны значения скорости ВЧР, по оси ординат - значения эффективной скорости отраженной волны после пересчета на линию приведения.
Как следует из графиков, при компенсации ВЧР статическими поправками погрешность определения скорости стремится к нулю при стремлении к нулю скорости первого слоя. При увеличении скорости ВЧР погрешность оценки эффективной скорости линейно возрастает. В диапазоне vx 708 м/с способ статических поправок является наиболее точным способом решения.
При параметрическом способе пересчета, наоборот, погрешность пересчета уменьшается при увеличении скорости верхнего слоя. В диапазоне уг 708 м/с этот способ определяет наиболее точное решение.
Уравнение средней скорости характеризуется катастрофическим увеличение ошибки прогноза при v± - 0 и уменьшением погрешности до нулевых значений при выравнивании скоростей двух слоев модели.
Поведение графика скорости при пересчете по уравнению (2.15) своеобразно. В области малой скорости ВЧР его поведение соответствует графику параметрического способа и при увеличении скорости он асимптотически приближается к графику статических поправок.
На рисунке 2.5 б представлены результаты расчетов для параметров модели ВЧР, соответствующих территории Восточной Сибири. Здесь скорость второго слоя увеличена до 3000 м/с.
Основное отличие этих результатов определяется смещением точки пересечения графиков статического и параметрического способов пересчета в область более высоких значений скорости ВЧР. Это достаточно очевидно, поскольку условие вертикальности луча в первом слое определяется отношением скоростей на границе раздела.
Для обеих моделей точка пересечения графиков соответствует отношению скоростей vjv2 = 0.354. Порядок представленного значения определяет области применимости статического и параметрического способов пересчета волнового поля.
Ошибки исходных данных модели ВЧР
В процессе обработки данных сейсморазведочных работ нельзя полностью исключить погрешности оценки параметров ВЧР. Особенно актуальна данная проблема для территории Восточной Сибири, поскольку скорость подстилающих ЗМС коренных отложений сильно варьирует в пределах площади (профиля) работ (рисунок 1.11). Поэтому важно исследовать устойчивость кинематических параметров волнового поля к погрешности в определении скорости ВЧР.
В работе [Бляс, 2005] при описании структурной неоднородности среды введено определение слабокриволинейных границ. По аналогии введем слабокриволинейный рельеф дневной поверхности, вариации которого не изменяют кривизны годографов ОСТ и, следовательно, не влияют на оценки эффективной скорости. Этому определению будут удовлетворять поверхности, которые в пределах длины годографа можно аппроксимировать плоскостью. Для профиля 2D каждой выборке ОСТ соответствует линейный рельеф.
В частности, если при обработке сейсмических данных в качестве линии приведения используется сглаженный рельеф дневной поверхности, то последующая задача пересчета на постоянную линию приведения соответствует задаче компенсации слабокриволинейного рельефа.
Пусть модель среды представлена слоем на полупространстве с постоянной скоростью v и линейным рельефом дневной поверхности. Выполним пересчет поля вверх на постоянную линию приведения со скоростью v±. В идеальной ситуации выполняется условие v± = v и после пересчета волнового поля верхняя часть разреза характеризуется постоянной скоростью. Условие v± Ф v определяет погрешность исходных данных задачи.
После пересчета на линию приведения волновому полю поставлена в соответствие двухслойная модель среды с постоянными значениями скоростей слоев (рисунок 3.12). Согласно принципу кинематической эквивалентности [Бляс, 2005] двухслойная модель среды с постоянными значениями скоростей слоев эквивалентна однослойной модели среды с переменной по латерали скоростью v0(x).
Эффективная глубина горизонта рассчитывается по формуле hэф=v0(x)t0(x)/2, где зависимость скорости и вертикального времени от координаты взаимно уменьшают погрешность оценки глубины.
Для проверки изложенной выше аргументации выполнены эксперименты на математической модели аналитическими и численными методами. Модель среды — однородный слой на полупространстве (рисунок 3.13). Абсолютная глубина границы раздела -1000 м, перепад рельефа дневной поверхности от 200 до 400 метров. Скорость в слое равна 3000 м/с. Выполним компенсацию рельефа дневной поверхности параметрическим способом с отклонением скорости пересчета v1 от скорости в слое как в большую, так и в меньшую сторону.
Линию приведения определим значением 300 метров, тем самым на одной модели осуществим пересчет вверх и вниз. Скорость пересчета волнового поля зададим vi = 3900 м/с, что на 33% выше истиной скорости в слое. Выполним аналитический расчет среднеквадратичной скорости v0 и эффективной глубины, определяемых от линии приведения: где vr, tT — скорость и вертикальное время, определяемые от линии наблюдения, vi, — скорость и временная мощность области пересчета. Скорость, полученная после пересчета волнового поля, изменяется в диапазоне 2938 3062 м/с Вертикальное время варьирует от 0,85 до 0,88 с. Эффективная глубина изменяется (с учетом альтитуды линии приведения) в пределах 996 1003 м (рисунок 3.14).
Выполним расчет волнового поля, для модели, представленной на рисунке 3.13 с параметрами системы наблюдения, приведенными в таблице 3.1. Скорость пересчета на линию приведения будем менять от 2100 до 3900 м/с с шагом 300 м/с. Результаты оценки эффективных скоростей и эффективных глубин для каждого из вариантов скорости пересчета представлены на рисунке 3.15. Диапазоны изменения параметров приведены в таблице 3.2.
Анализируя полученные результаты, можно сделать два важных заключения. Пересчет волнового поля с завышенной по сравнению с истинной скоростью пересчета приводит к меньшим искажения эффективной глубины, чем при занижении скорости на ту же величину. Это объясняется нелинейностью задачи при искажении скорости пересчета в большую и меньшую стороны. При пересчете волнового поля вверх искажения эффективной глубины чуть меньше, чем при пересчете вниз.
Восточная Сибирь
Территория Восточной Сибири характеризуется более сложным строением ВЧР и значительным диапазоном изменения альтитуд рельефа дневной поверхности. Скорость подстилающих ЗМС пород существенно выше по сравнению с Западной Сибирью.
Глубинно-скоростная модель среды представлена на рисунке 4.10. Мощность ЗМС изменяется от 5 до 35 метров, скорость постоянна и равна 600 м/с, перепад скоростей на границе ЗМС/коренные породы равен 5. Перепад альтитуды рельефа кровли коренных отложений вдоль профиля составляет 250 м. Линию приведения определим значением 325 м (рисунок 4.11).
Компенсация неоднородности ВЧР статическими поправками в условиях большого диапазона изменения альтитуды рельефа дневной поверхности и высокоскоростной толщи, подстилающей ЗМС, приводит к наихудшим с практической точки зрения результатам. Планшеты спектров эффективных скоростей и глубин для 1, 3 и 5 отражающих границ модели представлены на рисунках 4.13 и 4.14. Диапазон изменения эффективных скоростей для верхнего горизонта модели составляет 440 м/с, для третьего — 146 м/с, а для глубокого — 93 м/с. После перехода к эффективным глубинам диапазон изменения параметра для тех же горизонтов составляет 73, 43 и 42 метра соответственно. Более подробная информация по всем горизонтам модели приведена в сводной таблице 4.2.
Спектры эффективных скоростей и глубин после параметрического пересчета поля представлены на рисунках 4.15 и 4.16. Диапазоны изменения эффективных скоростей для всех горизонтов геологического разреза не превышают 33 м/с, эффективных глубин — 10 м. Увеличение погрешности определения указанных параметров по сравнению с территорией Западной Сибири объясняется большим перепадом скоростей на кровле коренных отложений.
Поскольку при больших перепадах скоростей на кровле коренных отложений траектория распространения сейсмических лучей в ЗМС приближается к вертикали, последовательная компенсация ЗМС статическими поправками и последующий пересчет поля на линию приведения параметрическим способом приводят к наиболее точным оценкам эффективных скоростей и эффективных глубин.
Планшеты спектров эффективных скоростей и глубин после комбинированного способа пересчета поля представлены на рисунках 4.17 и 4.18.
Диапазон изменения указанных параметров для рассматриваемой модели среды составляют не более 12 м/с и 3 м соответственно для всех горизонтов разреза.