Содержание к диссертации
ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 5
1. МЕТОДИКА ОПЕРАТИВНОГО ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
СЕЙСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ .17
1.1. Общие сведения и предпосылки VI
1.2. Геометрические соотношения при СГ--преобразованиях сейсмограмм
1.3. Энергетические соотношения при голографических преобразованиях сейсмических сигналов
1.3.1. Накопление сейсмических сигналов и помехоустойчивость СГ-преобразования
1.3.2. Диаграмма направленности и разрешающая способность метода...
1.4. Амплитудно-частотные характеристики суммосигналов. Л .
1.5. Выводы 52
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ .
ПРЕОБРАЗОВАНИЙ СЕЙСМОГРАММ НА НАКОПИТЕЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ...5.5
2.1. Технология голографических преобразований сейсмограмм на фотонакопительнои плоскости
2.2. Фотонакопительная среда
2.2.1. Определение информационной емкости и динамического диапазона фотографических материалов
2.2.2. Трансформация сигнала фотографическими слоями
2.3. Трансформация сигнала на оптических элементах ЭД5
2.4. Выводы .
3. АНАЛИЗ СЕЙСМОГОЛОГРАМЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
3.1. Субъективные факторы восприятия оптической информации
3.2. Методика улучшения интерпретационных параметров СГ-разрезов
3.2.1. Повышение соотношения сигнал/шум
3.2.1.1. Минимизация функции рассеивания точки в обрабатывающей системе .
3.2.1.2. Пространственная частотная фильтрация.
3.2.2. Локализация энергетических максимумов
3.3. Оценка точности голографических преобразований
3.4. Выводы
4. НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ СЕНСМОГОЛОГРАФИЧЕСКЙХ РАЗРЕЗОВ Ш
4.1. Анализ СГ-изображений среднего уровня сложности .
4.2. Результаты анализа СГ-изображений повышенной сложности
4.3. Технико-экономические показатели процесса СГ-обработки полевых материалов
4.4. Выводы 5б
5. ПЕРСПЕКТИВНАЯ СИСТЕМА ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА СЕЙСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 53
5.1. Структура устройства оперативной обработки и анализа сейсмической информации \§\
5.2. Расчет предполагаемого экономического эффекта разработки и внедрения электронного построителя сейсмических разрезов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Введение к работе
Сейсмическая разведка является одним из основных методов поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений. В последние годы на ее долю приходится около 90$ обнаруженных и подготовленных к глубокому бурению структур в стране.
Объем полевых сейсморазведочных работ непрерывно продолжает расти. Это вызвано расширением фронта геолого-поисковых исследований при изучении перспективных нефтегазоносных районов на востоке страны и увеличением удельного веса сейсморазведочных работ в существующих нефтегазоносных провинциях в связи с поиском глубоко залегающих.структур и залежей неструктурного типа.
В районах со сложной тектоникой все более остро встает вопрос о необходимости получения трехмерного представления о строении среды. Все чаще начинают в связи с этим применяться пространственные системы наблюдений, такие как "широкий профиль", "продольно-непродольные профили", "продольно-поперечный профиль", "крестовые установки" и т.д. /14/.
Решение проблемы поисков глубинных неоднородностей и прямых поисков требует повышения детализации и разрешения путем увеличения плотности наблюдения. Усложнение полевых систем наблюдений влечет за собой увеличение объема регистрируемой информации в несколько раз.
Объем интерпретационных работ увеличивается не только за счет роста количества полевых материалов, но и в связи с расширением и усложнением набора программ обработки. Весьма времяемкими являются практически только сейчас осваиваемые программы перехода от временных разрезов к глубинным, особенно в варианте преобразования и последующего суммирования исходных трасс, а не временных разрезов.
Прогнозы развития сейсморазведки на ближайшие 15-20 лет предсказывают 8-кратный прирост количества обрабатываемой сейсмической информации, а с учетом тенденции к усложнению методических приемов сейсморазведки можно предположить не менее чем 10-кратное увеличение объема интерпретационных работ /78/.
Анализ существующих возможностей интерпретационных центров показывает, что в ближайшие годы при таком росте объема поступающей информации возникнут осложнения в ее обработке. Такие трудности проявляются уже в настоящее время в виде увеличения сроков получения геологических результатов сейсмических исследований, отсутствия оперативности управления полевыми работами, дефицита времени мощных ЗВМ.
При работе на значительном удалении от интерпретационных центров разведчики практически лишены возможности оперативно оценивать результаты проведенных исследований и провести их корректировку в течение всего времени пребывания их в поле.
Говоря о возможности устранения разрыва между выполнением полевых работ и обработкой их результатов, специалисты отмечают, что работа в геофизических партиях "вслепую", по рекомендациям удаленных ВЦ, отрицательно сказывается не только на качестве полевых работ, но и на квалификации персонала /31/.
Эффективность таких работ в ряде случаев находится за преде лами допустимой, что приводит к росту диспропорции между ростом капитальных вложений в сейсморазведку и приростом геологической информации.
В связи с создавшейся ситуацией в мировой практике появилась четко выраженная тенденция организации этапа предварительной обработки материалов в поле, что позволяет, во-первых, соединить процессы регистрации и обработки и, во-вторых, повысить эффективность использования основных ЗВМ.
За рубежом эта тенденция выразилась в создании систем регистрации и обработки сейсмических данных, базирующихся на цифровых сейсмостанциях, оснащенных миникомпьютерами с небольшим набором внешних устройств. Б результате этого обработка полевых материалов уже в поле производится по трем основным циклам минимального графа преобразований:
1 - ввод и сортировка данных по ОГТ,
2 - коррекция статических и кинематических поправок и суммирование,
3 - воспроизведение изображения сейсмического разреза на экране или плоттере.
Полученные в поле результаты оперативной обработки используются по двум направлениям - для коррекции полевых работ и для выбора алгоритмов дальнейшего преобразования сейсмической информации.
Углубленная обработка производится на базовых вычислительных центрах, оснащенных мощными ЭВМ и быстродействующими спецпроцессорами /31/. Она решает задачи динамического характера, дающие сведения о физических параметрах среды и связанных с ними структурными особенностями, которые не могли быть расшифрованы на этапе предварительной оперативной обработки. Переход к этой стадии обработки осуществляется только по мере необходимости, при неоднозначном решении геологической картины на предыдущем этапе.
При такой структуре анализа сейсмических материалов результаты оперативной обработки являются одновременно результатами первого этапа преобразований.
Среди отечественных геофизиков термин "первичная обработка" в зависимости от целенаправленности проводимых операций при интерпретации сейсмических материалов имеет по крайней мере два толкования.
Первое из них обозначает специальные преобразования по упорядочению полевой сейсмической информации, которые позволяют упростить ее прохождение при дальнейших операциях формального анализа на устройствах обработки. Такое толкование распространено среди интерпретаторов, использующих ЭВМ как основное средство обработки /9/. Оно отражает в большей мере технологическую сторону вопроса преобразования (имеется даже синоним - минимальный граф обработки) чем идею первичного анализа с целью получения сведений о геологической обстановке.
Второе толкование имеет более широкий смысл, который соответствует смыслу выражения "оперативная обработка" - т.е. первичный общий анализ структурного плана среды и его особенностей, оценка степени соответствия результативных материалов априорным данным о среде, локализация зон неуверенной интерпретации, выбор оптимальных систем полевых наблюдений и алгоритмов дальнейших преобразований /20,55,79/.
В дальнейшем при использовании термина "первичная обработка" автор исходит из его второго расширенного значения.
Ввиду отсутствия отечественной аппаратуры для экспресс-анализа сейсмической информации в полевых условиях первичная обработка по МОГТ в геофизических организациях СССР проводится на базовых интерпретационных центрах. Это снижает возможность оперативного управления полевыми работами, особенно при исследовании районов Сибири, Дальнего Востока и морских регионов. Вместе с тем неэффективно используются мощные ЭВМ, которые значительную часть времени ориентированы на решение простых структурных задач. В большинстве случаев, при решении структурных задач или на этапе приближенной оценки сложной волновой картины нет необходимости использовать дорогостоящие ЭВМ даже в высокопроизводительными процессорами. Применение ЭВМ эффективно только при решении сложных динамических задач сейсморазведки. Достаточно сказать, что при построении сейсмических разрезов на глубинах более I км результаты обработки на ЭВМ практически не отличаются от результатов обработки на аналоговых устройствах по одинаковым алгоритмам /54/.
Снижение эффективности применения мощных ЭЗМ особенно ощущается при обработке полевых материалов пространственных систем наблюдений. Основной объем машинной обработки этих материалов составляет построение большого числа разрезов по различным сечениям, в частности, строятся суммарные разрезы, разрезы со сносом, разрезы векторов и т.п. Обработка большого объема информации требует существенного увеличения временных затрат и ведет к удорожанию интерпретационных работ. 3 этой ситуации возникает необходимость быстрого преобразования по простым алгоритмам большого объема информации для получения по множеству сечений наглядной картины структурного плана исследуемого участка.
Настоящее время в смежных с геофизикой науках, изучающих волновые электромагнитные и упругие поля, накоплен опыт быстрой обработки больших массивов информации, основанный на двумерных преобразованиях аналоговых сигналов. 3 геофизике проведен ряд успешных экспериментов по созданию специализированных обрабатывающих устройств двумерного преобразования сейсмической информации /19,22,44,51,52,88,89/. Это устройства фильтрации, корреляционные устройства, голографические приборы - построители сейсмических разрезов.
Несмотря на разнообразие существуемых и разрабатываемых устройств, целевые установки их создания соответствовали одному или нескольким из приведенных ниже требований:
- возможность обработки первичных полевых материалов в темпе их поступления (вплоть до обработки в реальном масштабе времени) с целью оценки в первом приближении структурного плана исследуемого разреза и итеративного подбора данных о скоростях распространения сейсмических волн в среде, углах наклона отражающих границ, статических поправках;
- простота обслуживания устройства обработки и возможность его функционирования в камеральных условиях вплоть до установки его рядом с рабочим местом интерпретатора;
- возможность приема данных и передачи результатов по стандартным каналам сопряжения с устройствами ввода (сейсмостанция, НМЛ, ЭВМ) и вывода (видеоконтрольное устройство, регистратор, ЭВМ);
- низкая по сравнению с существующей себестоимость операций обработки сейсмической информации.
Значительную группу среди прошедших опробование на представительных объемах полевых материалов устройств составляют оптико-механические и электронные построители временных и глубинных разрезов. По своему назначению они вплотную приближаются к решению задач первичной обработки сейсмической информации /55,58,61/.
Высокое быстродействие, малые габариты и низкая стоимость разработанных устройств позволяют расчитывать на их эффективное использование на уровнях сейсмической партии и вычислительного центра. Методической основой для разработки и совершенствования этих приборов послужил метод сейсмической голографии.
Метод сейсмической голографии начал формироваться в конце 60-х годов на основе исследований, проведенных под руководством В.Д.Завьялова и Ю.З.Тимошина.
В настоящее время голографические преобразования охватывают обширный класс алгоритмов, осуществляющих восстановление изображения сейсмического волнового поля /8,18,49,74/. Исходным материалом для такого рода алгоритмов служит фазово-амплитудная вре - II менная запись сейсмических сигналов, произведенная в отдельных трчках поверхности (линии) наблюдения.
Для восстановления изображения сейсмического поля применяется методика обращения записей сигналов во времени, формирования из них элементарных волновых полей и их последующего дифракционного сложения в памяти ЭВМ или на запоминающей плоскости аналоговых устройств.
3 течение 70-х годов под руководством З.Д.Завьялова был создан ряд макетов таких устройств (голографов) успешно опробованных при обработке полевых сейсмических материалов /19,22,37, 46/.
С 1973г. исследования по сейсмоголографическим преобразованиям на фотонакопительной плоскости начали развиваться в Воронежском университете. Сейчас там ведутся опробования голографичес-кого полевого построителя и бортового голографического построителя для работы в море.
С 1973г. в НПО "Южморгео" (г.Краснодар; развиваются НИР по созданию построителей глубинных и временных разрезов, выполненных на запоминающих электронно-лучевых трубках.
3 настоящее время созданы макеты двух электронных построителей сейсмических разрезов, один из которых успешно опробован при проведении морских геофизических работ.
С 1975г. по 1980г. исследования по сейсмоголографическим преобразованиям велись в лаборатории сейсморазведки Азербайджанского отделения НПО "Союзгеофизика" (г.Баку) /58/. Разработчиками создан простой фотопостроитель, который использовался на вычислительном центре для построения сейсмических разрезов с учетом сейсмического сноса.
Все перечисленные исследования ведутся в рамках Междуведомственного координационного плана по объемной сейсморазведке и согласуются с программой ГКНТ 0Ц.027.
Последние макеты голографической аппаратуры УкрНИГРИ позволяют обрабатывать до 30-40 погонных километров сейсмических профилей в день. 3 лаборатории сейсмической голографии УкрНИГРИ впервые голографические преобразования на фотонакопительной плоскости начали применяться для массовой опытно-методической обработки полевых сейсмических материалов. 3 1975г. на макете конусного голографа было обработано 600 км сейсмических профилей из различных тектонических зон (Знешняя зона Предкарпатского прогиба, Днепровско-Донецкая впадина, Русская платформа), а в 1976-1977гг. по материалам Западно-Украинской геофизической разведочной экспедиции на опытном образце голографической аппаратуры,разработанном Нарофоминским отделением ЗНИИГеофизики, была произведена обработка серии сейсмических профилей общей протяженностью 300 км /22,46,61/.
Положительная оценка опыта работ лаборатории сейсмической голографии УкрНИГРИ по применению оптических средств для обработки сейсмических материалов была дана в сообщении ТАСС ("Правда", 29.HI.77r.) и Президентом АН СССР А.П.Александровым на технических совещаниях в Президиуме АН СССР (апрель 1977г., апрель 1978г.)
Применение оптико-электронной аппаратуры в интерпретационном цикле вызывает поддержку у заинтересованных организаций. Это обстоятельство наиболее конкретно отражено в решении Междуведомственного совещания по геофизической голографии, состоявшегося по инициативе Президиума АН СССР в апреле 1978г. 3 нем говорилось: "Частной, но неотложной и важной задачей является разработка и скорейшее внедрение оптико-механических и электронных устройств для экспресс-обработки сейсморазведочных данных, получаемых в настоящее время обычными методическими и техническими средствами, в том числе сейсмоголографов, разработанных в Украинском научно -тз исследовательском геологоразведочном институте".
Одной из причин, которая препятствует внедрению сейсмого-лографов в производство является отсутствие обоснованных оценок технико-методических возможностей сейсмоголографических преобразований на накопительной плоскости в варианте мнимой точки.
До настоящего времени не изучено влияние формы сейсмозигна-лов на кратность их накопления в окрестности области формирования суммосигналов. По этой причине не определены величины таких существенных параметров голографических преобразований на накопительной плоскости как точность, разрешающая способность, помехоустойчивость и динамический диапазон.
Несмотря на наличие нескольких технологических схем голографических преобразований /19,22,37,58 и др./ еще не проведены работы по комплексной оценке геометрических и амплитудно-частотных искажений вносимых этими схемами в результативные материалы, в связи с чем отсутствуют рекомендации по коррекции искажении. До настоящего времени не определена оптимальная технологическая схема устройства обработки и ее место в структуре современного обрабатывающего комплекса.
Не исследованы возможности объективного выделения полезной информации из первичных сейсмоголографических разрезов, осложненных шумами методического и аппаратурного происхождения. Отсутствует обоснованная методика улучшения интерпретационных характеристик изображений сейсмоголографических разрезов.
Отсутствие аргументированных выводов по всем вышеперечисленным разделам создает неопределенность в оценке конкретных результатов сейсмоголографических преобразований; в общем случае это выражается в неопределенности оценки геолого-экономической эффективности метода в целом.
Принимая во внимание необходимость решения указанных вопросов и целиком поддерживая идею обработки сейсмической информации на специализированных оптико-электронных устройствах, автор излагает свои исследования в этой области в предлагаемой диссертационной работе.
Целью настоящей работы является анализ технико-методических возможностей голографического преобразования сейсмограмм на накопительной плоскости.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Определить методические возможности и область применения сейсмоголографических преобразований на накопительной плоскости.
2. Оценить технологические возможности существующей системы сейсмоголографических преобразований. Определить оптимальные условия функционирования системы. Разработать оптимальную технологическую схему устройства обработки.
3. Исследовать возможности объективного выделения полезной информации из первичных сейсмоголографических разрезов. Разработать методику улучшения интерпретационных характеристик изображений сейсмоголографических разрезов.
4. Оценить геолого-экономическую эффективность сейсмогологра-фической обработки и специального анализа изображений разрезов, получаемых в результате преобразований полевых сейсмических материалов.
В работе применяется комплексная методика исследований.
На основе теоретических исследований сейсмоголографических преобразований и тестовых экспериментов анализируется структура и текстура изображений, сформированных по способу мнимых точек сейсмическими импульсами разной формы. В рамках исследованной модели оценивается кратность накопления сигналов, помехоустойчи - 15 вость, разрешающая способность и динамический диапазон сейсмого-лографических преобразований.
Технологические возможности реализации рассматриваемой методики преобразований анализируются на примере использования известной технологической схемы фотооптического построителя разрезов. Оцениваются ограничения, накладываемые характеристиками устройства на результативные материалы. Намечаются пути устранения технологических ограничений. Определяется оптимальная технологическая схема устройства обработки.
В рамках теорий, разработанных в научной фотографии, оцениваются возможности повышения информативности результативных материалов. Разрабатывается методика и технология получения дополнительной объективной информации из изображений сейсмоголографиче-ских разрезов.
Оценка геолого-экономической эффективности сейсмоголографи-ческих преобразований на накопительной плоскости производится по результатам опытно-методических обработок полевых сейсмических материалов.
В работе имеются методические приложения, приводятся разрезы, которые могут быть использованы при интерпретации геологического строения районов полевых сейсмических наблюдений.
Реализация идей, изложенных в диссертации, проводилась в процессе выполнения хоздоговорных работ с трестом "Укргеофизраз-ведка".
По вопросам, изложенным в диссертации, делались сообщения на Всесоюзном совещании по сейсмической голографии (Москва, 1976г.), Междуведомственном совещании по геофизической голографии при Президиуме АН СССР (Москва, 1977г.), Всесоюзных совещаниях по оптико-электронной обработке сейсмической информации (Томск, 1978г., Геленджик, 1979г.), конференции по геофизической голографии (Киев, 1980г.).
Основное содержание диссертации опубликовано в 9 статьях, написанных автором самостоятельно или при участии сотрудников.
Основная часть диссертации и ее оформление выполнено автором во время работы в лаборатории сейсмической голографии УкрНИГРИ на должностях старшего инженера и старшего научного сотрудника.
За полезные советы, постоянный интерес к теме и стимулирование исследований автор выражает благодарность заведующим лабораторией сейсмической голографии УкрНИГРИ В.Д.Завьялову и Н.С. Раковой (Н.С.Субботиной).
При проведении работ по улучшению интерпретационных характеристик изображений сейсмоголографических разрезов и оценке экономической эффективности метода автор использовал материалы и консультации, любезно предоставленные старшим, научным сотрудником Кмицикевичем И.Е. и инженером Сойчинским Е.В. Экспериментальные работы автору помогали проводить инженеры Волкова Б.Т., Та- . расенко Л.И.
Автор получил ряд полезных консультаций от д.т.н. О.А.Потапова, д.т.н. Ю.В.Тимошина, к.т.н. Е.И.Сагаловой.
