Введение к работе
Актуальность проблемы. Моделирование, как способ решения прямой задачи, в сейсморазведке занимает особое место. В настоящее время оно активно используется на всех стадиях: от проектирования полевых наблюдений до интерпретации сейсмических данных, причем в различных модификациях сейсморазведки.
Несмотря на бурное развитие математического аппарата моделирования, хорошо проработанный аппарат лучевого моделирования все еще актуален. Существует определенный класс задач, в которых не требуется высокой точности, и привлечение популярных в наше время конечно-разностных методов моделирования проигрывает по времени расчета модели. Лучевой метод выгоднее использовать, например, при задаче расчета только отраженных волн, т.к. можно рассчитать только нужные волны, а в других методах после расчета получаются только все возможные для данной модели волны, часть из которых приходится фильтровать для дальнейшего использования. Полученная волновая картина также может быть сложна для восприятия.
На этапе проектирования полевых работ до выполнения полевых наблюдений моделирование волновых полей может успешно применяться для выбора параметров системы наблюдений. Также эффективно применение моделирования для анализа структуры волнового поля изучаемой толщи сложного строения или оценки корректности графа обработки. При помощи моделирования возможна оценка эффективности новых алгоритмов и программ.
Целью диссертационной работы является разработка пакета программ для моделирования сейсмических волновых полей применительно к задачам сейсморазведки.
Основные задачи исследований:
1. Обзор методов моделирования сейсмических волновых полей.
2. Разработка алгоритмов решения прямых задач сейсморазведки применительно к методам МОВ и ВСП.
3. Разработка и отладка программных средств моделирования сейсмических волновых полей, оценка их эффективности.
4. Разработка технологии применения созданных программных средств при проектировании полевых работ, при обработке и интерпретации данных сейсморазведки МОВ и ВСП.
Научная новизна работы.
1. Разработаны алгоритмы решения прямых задач сейсморазведки (в лучевом приближении) применительно к моделированию сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП.
2. Разработана технология двумерного моделирования сейсмических волновых полей, включающая задание модели среды, параметров расстановки, расчет лучевых диаграмм, годографов и амплитудных графиков различных объемных волн, а также расчет волн и построение соответствующих сейсмограмм.
3. Разработан пакет программ «ВОЛНА-М» для двумерного моделирования сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП, включающий и ряд специальных версий программ для моделирования особых ситуаций: источник в виде направленной интерференционной излучающей системы, донная морская коса с приемниками Р, X или Z, аддитивное наложение шумов с заданными спектральными характеристиками, в т.ч. геодинамических шумов с заданным пространственным распределением, а также высокочастотная модификация для моделирования при скважинных сейсмоакустических исследованиях.
Практическая значимость и реализация результатов.
1. Результаты моделирования сейсмических волновых полей, полученные с использованием разработанных программных средств, могут быть использованы для изучения условий формирования монотипных, обменных, преломленных и отраженных объемных сейсмических волн на криволинейных границах раздела упругих слоев разреза, оценки их ожидаемых динамических и кинематических характеристик.
2. Применение программных средств моделирования сейсмических волновых полей позволяет выбрать оптимальные параметры систем наблюдений на этапе проектирования полевых работ, обеспечивающие наиболее надежное прослеживание целевых волн.
3. Применение в качестве объектов обработки синтетических сейсмограмм, рассчитанных для моделей сред с известными параметрами, позволяет выполнять отладку и тестирование новых обрабатывающих программных средств и более обоснованно оценивать их эффективность.
4. Предварительная оценка ожидаемых AVO-эффектов и других динамических характеристик сейсмических волн на границах исследуемого разреза может быть выполнена по модельным сейсмограммам, рассчитанным с использованием выбранных параметров расстановки и априорных сведений о разрезе.
Разработанный пакет программ «ВОЛНА-М» успешно применяется для моделирования сейсмических волновых полей в ЗАО «ПАНГЕЯ» (г. Москва), ЗАО «Гео-Хазар» (г. Геленджик), ЗАО «Ингеосейс» (г. Краснодар), ОАО «Краснодарнефтегеофизика», в отделе по разработке геофизических технологий ОАО Промгаз РАО «Газпром» (г. Краснодар), в «Geomage» Ltd. (Израиль), ЗАО «Самара-Нафта», а также на кафедре геофизики КубГУ.
Основные защищаемые положения:
1. Алгоритмы решения прямых задач сейсморазведки (в лучевом приближении), разработанные применительно к моделированию сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП, и адекватно описывающие распространение упругих волн в многослойной среде с криволинейными границами с учетом эффектов на границах раздела, поглощения и с учетом изменения формы импульсов при полном внутреннем отражении.
2. Пакет программ «ВОЛНА-М» для двумерного моделирования сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП, включающий и ряд специальных версий программ для моделирования особых ситуаций: источник в виде направленной интерференционной излучающей системы, донная морская коса с приемниками Р, X или Z, аддитивное наложение шумов с заданными спектральными характеристиками, в т.ч. геодинамических шумов с заданным пространственным распределением, а также высокочастотная модификация для моделирования при скважинных сейсмоакустических исследованиях.
3. Технология двумерного моделирования сейсмических волновых полей, включающая задание модели среды, параметров расстановки, расчет лучевых диаграмм, годографов и амплитудных графиков различных объемных волн, а также расчет и построение соответствующих сейсмограмм, содержащих любую совокупность предварительно рассчитанных объемных Р- и S-волн (в том числе, любых обменных, многократных, неполнократных и т.п. - всего до 100 волн), с учетом их расхождения, поглощения, коэффициентов прохождения, отражения и конверсии, в том числе, для закритических углов падения.
Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена автором во время обучения в аспирантуре на кафедре геофизических методов поисков и разведки Кубанского государственного университета. Все основные результаты, представленные в работе и имеющие научную и практическую значимость, были получены лично автором, или при его непосредственном участии. Написание программ на языке Delphi выполнено автором самостоятельно.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах, совещаниях и международных конференциях, в том числе на Геомодель-2005 (Геленджик, 2005), на VII Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов (Саратов, 2006), Геомодель-2007 (Геленджик, 2007), на VI международной научно-практической конференции «Геофизика-2007» (Санкт-Петербург, 2007), девятых чтениях им. В.В. Федынского (Москва, 2007), а также на кафедре геофизических методов поиска и разведки Кубанского государственного университета.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, две из которых в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, получено свидетельство о государственной регистрации разработанного пакета программ «ВОЛНА-М».
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 120 страниц текста, 3 таблицы, 107 рисунков, библиографический список включает 98 наименований.
Благодарности.
Автор выражает огромную благодарность своему научному руководителю д.т.н. профессору Гуленко В.И. за неоценимую помощь в данной работе на всех ее этапах. Отдельная благодарность руководителям ООО «Ингеосейс» и ЗАО «Самара-Нафта» за разрешение использования материалов в данной работе. Автор также благодарит сотрудников ТП №26 ОАО «Краснодарнефтегеофизика».
Похожие диссертации на Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей
