НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОФІЗИКИ ім. С. І. СУББОТІНА

___________________________________________________________________________________________________

ГЕЙХМАН

Анатолій Мойсейович

УДК 550.834

ВИЛУЧЕННЯ БАГАТОКРАТНИХ ХВИЛЬ-ЗАВАД ІЗ СЕЙСМІЧНИХ ЗАПИСІВ НА

ОСНОВІ РЯДІВ РОЗСІЮВАННЯ БОРНА

04.00.22 - Геофізика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Українському державному геологорозвідувальному інституті

(УкрДГРІ) державного комітету природних ресурсів України

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Тяпкін Ю. К.,

УкрДГРІ, м. Київ,

керівник сектору

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук Пилипенко В. М.,

Інституту геофізики ім. С. І. Субботіна АН України,

провідний науковий співробітник

кандидат геолого-мінералогичних наук Пилипишин Б. В.,

Львівське відділення Укр ДГРІ,

провідний науковий співробітник

Провідна установа: Київський національний університет ім. Т. Шевченко,

геологічний факультет

Захист відбудеться “10” лютого 2005 р. у 14 годин на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д.26.200.01

Інституту геофізики ім. С. І. Субботіна НАН України

за адресою: 03680 Київ-142, проспект Палладіна, 32.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту геофізики

ім. С. І. Субботіна НАН України.

Автореферат розісланий “10” січня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор геологічних наук / М. І. Орлюк /

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. В даний час перед геофізиками України поставлено задачу збільшення запасів ресурсів вуглеводнів. Потенційні нерозвідані запаси вуглеводневої сировини на Україні ще досить великі. Найбільш перспективними регіонами є шельфи Чорного й Азовського морів. Однак пошук нових покладів нафти та газу утруднений більш складними геологічними умовами пошуку і збільшенням глибин цільових горизонтів.

Основним методом геофізичної розвідки на нафту і газ є сейсмічний. Він є одним з найбільш достовірних, однозначних і надійних методів розвідки вуглеводнів.

Як правило, вхідні сейсмічні дані зашумлені різного роду завадами, як регулярними так і нерегулярними. Проблемі боротьби з регулярними завадами приділялася велика увага багатьма дослідниками (/Дядюра В. А., 1981/, /Кондратьв И. К., 1976/, /Гогоненков Г. Н., Козлов Е. А.,1975/, /Тяпкин Ю. К.,1994/ і ін.). Вважається, що найбільш деструктивними в умовах моря є багатократні відбиття, які можуть внести перешкоди в інтерпретацію або навіть привести до серйозних помилок.

Вважається, що поверхневі кратні відбиття в більшості практичних ситуацій несуть більшу енергію і тому породжують більше проблем, чим внутрішні кратні відбиття /Лоссовский Е.К., 1974/, / Клаербоут Д. Ф., 1989/, /Маловичко А. А. , 1977/.

Способів послаблення кратних відбиттів у сейсморозвідці створено досить багато. Більшість з них базується або на тому факті, що швидкості розповсюдження багатократних хвиль звичайно менші, чим однократних, або на тому, що багатократні хвилі з'являються на сейсмограмі з деякою періодичністю і тому їх можна передбачити. Перша група способів має той недолік, що вимагає знання відносно швидкісної моделі середовища і втрачає свою ефективність при малій відмінності швидкостей однократних та багатократних відбиттів. Друга група методів звичайно базується на гіпотезі про горизонтальне залягання шарів і вимагає оцінки ймовірностних характеристик відбиттів.

Одним з методів вилучення кратних відбиттів, пов'язаних з вільною поверхнею, є спосіб, що використовує зворотні ряди розсіяння Борна. Він входить у групу методів, що базується на хвильовому рівнянні і з теоретичних позицій може розглядатися як перший етап рішення зворотної динамічної задачі сейсміки. Цей спосіб заснований на рішенні скалярного хвильового рівняння методами теорії розсіяння. Спосіб може застосовуватися в умовах геологічного середовища довільно складної будівлі і має значні переваги перед найбільш розповсюдженими способами послаблення кратних відбиттів. Він не вимагає інформації про геологічне середовище і додаткових припущень. Однак працездатність методу істотно залежить від геометрії спостережень, знання сигнатури джерела і зашумленості вхідних даних завадами, не пов'язаними з багатократними відбиттями.

Метою роботи є розробка теоретико-методичних основ, алгоритмів і програм послаблення кратних відбиттів, пов'язаних з денною поверхнею.

Ідея роботи полягає у використанні зворотних рядів розсіяння Борна для передбачення та наступного вилучення кратних хвиль.

Об'єктом досліджень у даній роботі є закономірність утворення і поширення кратних сейсмічних хвиль у геологічному середовищі, а також їх зв'язок з первинними відбиттями та усім хвильовим полем у цілому. Предметом досліджень є передбачення кратних відбиттів та їхнє наступне послаблення на вхідних даних за допомогою теорії розсіяння.

Основні задачі досліджень:

1. Аналіз і зіставлення існуючих підходів до передбачення і наступного вилучення поверхневих кратних відбиттів.

2. Створення технологічної схеми послаблення кратних хвиль.

3. Удосконалювання теоретичних основ послаблення кратних відбиттів, зокрема:

- побудова монохроматичної матриці профілю для довільної системи 2-D

сейсмічних спостережень,

-

-

ефективності, швидкодії і завадостійкості.

4. Розробка автономного програмного комплексу для реалізації технологічної схеми послаблення кратних хвиль.

5. Вироблення методики обробки сейсмічної інформації на ЕОМ з метою послаблення кратних відбиттів за участю модельних і реальних сейсмічних даних.

Наукова новизна одержаних результатів:

1.

2.

3.

4.

5.

Вірогідність і обґрунтованість наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується математичною строгістю і фізичною обґрунтованістю постановок і рішень задач, досить великим обсягом випробування на модельних і польових матеріалах.

Практична цінність. Виконані дослідження мають практичну спрямованість. Запропонований комплекс програм, що реалізують спосіб, може застосовуватися для послаблення кратних хвиль переважно при морських сейсмічних дослідженнях. При сприятливих умовах програмний комплекс можна застосовувати і при наземних спостереженнях. Використання комплексу повинно привести до більш надійних сейсмічних побудов.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація узагальнює результати науково-дослідних робіт, що проводилися при участі автора в рамках держбюджетних тем з державними номерами реєстрації 0398U006386, 0197U006554, 0100U002161 і 0102U002763.

Апробація роботи. Основні теоретико-методичні, технологічні і практичні результати виконаних досліджень доповідалися на наступних міжнародних конференціях: Міжнародна конференція ”Геоінформатика: теоретичні та прикладні аспекти”, м. Київ, (2002 і 2003);

6-та Міжнародна конференція “Нові ідеї в науках про Землю”, м. Москва, Російська федерація, 2003 ; 5-та міжнародна конференція “Крим-2003”, пмт. Гурзуф, Крим, 2003; Міжнародна наукова конференція “Геофізичний моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”, м. Київ, КНУ, (2002, 2003, 2004 ); Міжнародна конференція SEG, EAGO, EAGE “ Moscow -2003”, м. Москва, Російська федерація, 2003; Міжнародна науково-технічна конференція “Сучасні проблеми прикладної геофізики”,

м. Дніпропетровськ, НГАУ, (2001, 2002, 2003); International Conference “The Carpathian Geodata” – “CARTA”, м. Яремча, 2002; Міжнародна наукова конференція “Геологія горючих копалин України”, Львів, 2001; Треті геофізичні читання імені В. В. Фединського, м. Москва, 2001; Друга всеросійська конференція “ Геофізика і математика”, м. Пермь, 2001; 10-та Міжнародна науково-практична. конференція “Нафта і газ України”, м. Судак, 6-та Міжнародна науково-практична. конференція “Нафта і газ України”, м. Івано-Франківськ, 2000; 4-та Міжнародна науково-практична. конференція “Нафта і газ України”, м. Полтава, 1998; 2-ий Міжнародний геофізичний конгрес Казахстану, Алмати, Казахстан, 1998.

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 15 роботах.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновку і містить 167 сторінки тексту і 34 ілюстрацій. Список літератури включає 211 назв.

Вхідні матеріали й особистий внесок автора. Дисертація відбиває результати досліджень, проведених автором в УкрДГРІ по держбюджетних темах. Методичні, теоретичні і технологічні дослідження з теми дисертації, у тому числі і реалізація програмного комплексу, виконані особисто автором. Польові сейсмічні матеріали надані підрозділами “Одесморгео” і “Технологічний Центр” об'єднання “Укргеофизика”.

Автор висловлює велику подяку своєму науковому керівнику доктору фіз.-мат. наук, проф. Тяпкину Ю. К. за постійну підтримку і консультації, та допомогу у подоланні різного роду перешкод, а також провідному науковому співробітнику УкрДГРІ кандидату фіз.-мат. наук Роганову Ю. В., завідувачеві відділом УкрДГРІ кандидату технічних наук Карпенко И. В., доктору геол. наук Есиповичу С. М. за активне обговорення задачі. Особливу подяку автор виражає завідувачеві відділом УкрДГРІ кандидату технічних наук Мармалевскому Н. Я., без підтримки і допомоги якого дана робота була б неможлива. Автор висловлює подяку старшому науковому співробітнику відділу сейсморозвідки УкрДГРІ Горняку З. В. за допомогу в роботі з пакетом сейсмічного моделювання TESSERAL-2D і цінні поради, а також Гаврюченковой Т. А. за допомогу в роботі з пакетом обробки сейсмічної інформації SDS-PC.

Зміст роботи. В вступі відзначається актуальність проблеми, мета та задачі дослідження. У першому розділі дано огляд існуючих методів послаблення багатократних відбиттів. З погляду Веглейна A. Б. /Weglein A. B., 1999/ всі існуючі методи послаблення кратних відбиттів можна розділити на дві великі групи: 1) ті, що використовують відмінності властивостей первинних і багатократних відбиттів; 2) ті, що передбачають і вилучають кратні відбиття зі спостережених сейсмічних даних. Запропонована класифікація не є строгою, тому що існують методи, що сполучають ознаки обох груп. Для першої групи типовими є методи фільтрації, друга звичайно базується на передбаченні на основі моделювання або інверсії сейсмічного хвильового поля. Методи першої групи ґрунтуються на відмінності властивостей первинних та кратних хвиль. Такі відмінності можуть проявлятися в якій-небудь специфічній області перетворення. Перша група методів розділяється у свою чергу на дві підгрупи: 1) засоби, які використовують періодичність і 2) засоби, які використовують здатність первинних і кратних відбиттів розділяться після деякого перетворення. До групи методів, що використовують періодичність, відноситься, наприклад, передбачаюча деконволюция. До другої групи відносяться, наприклад, підсумовування по загальній середній точці (ЗСТ), перетворення Радону з наступною режекторною фільтрацією і т.д. Усі методи фільтрації базуються на тій чи іншій інформації про середовище, і у випадку недостатності такого роду інформації втрачають свою ефективність. Однак методи фільтрації мають ту безсумнівну перевагу, що вони звичайно прості у використанні і не вимагають значних обчислювальних ресурсів.

До методів передбачення і вилучення кратних відбиттів /Козлов Е. А., 1982/ можна віднести засоби, які використовують моделювання, засоби, які використовують екстраполяцію хвильових полів, і метод, що використовує інверсний ряд Борна, який буде докладно розглядатися надалі. Перші два засоби мають той недолік, що для їхньої реалізації необхідна докладна швидкісна модель середовища, яка не завжди доступна.

В другому розділі розглядається теорія, що лежить в основі способу послаблення кратних

відбиттів, пов'язаних з денною поверхнею. Основні формули виведені, виходячи з двох позицій. Більш проста і фізично прозора позиція викладена в роботі / Borselen van R.G., Fokkema J. T., van der Berg P. M. 1996 / з погляду теорії дифракції. Друга точка зору викладена в роботі / Weglein A.B., Gasparotto F..A., Carvalho P. M., Stolt R. H., 1997/ і базується на добре розробленій у сучасній фізиці й адаптованої до сейсміки теорії розсіяння. Існує в сучасній геофізичній літературі також підхід / Verschuur D. J., Berkhout A. J., Wapenaar C. P. A., 1992; Berkhout A. J., Verschuur D. J., 1997/, заснований на понятті “зворотний зв'язок” і близький до теорії pозсіяння.

Багатократні відбиття, що зазнали у своїй історії хоча б одне спадне відбиття від вільної поверхні, називаються кратними відбиттями, пов'язаними з вільною поверхнею. Всі інші кратні відбиття будемо називати всередині пластовими кратними відбиттями. У цій роботі ми будемо розглядати тільки кратні відбиття першого типу. Кратна хвиля називається n-кратною, якщо вона n раз відбилася від вільної поверхні. Щоб уникнути двозначності, однократно відбиті хвилі будемо називати первинними.

Математично процес послідовного відбиття висхідних хвиль від вільної поверхні описується прямим рядом pозсіяння (прямим ряд Борна або ряд Неймана): /1/

Для ослаблення кратних хвиль звичайно використовується інверсний ряд pозсіяння

(інверсний ряд Борна), який має вигляд

/2/

Тут - висхідне поле на поверхні спостереження при круговій частоті за часом , що містить тільки первинні хвилі й всередині пластові кратні відбиття, - загальне висхідне хвильове поле на поверхні при круговій частоті , - величина, зворотна до спектру сигнатури джерела, у залежності від частоти. Знак “ – “ у визначенні полів введено для того, щоб підкреслити, що ми маємо справу з висхідною частиною зареєстрованого сейсмічного поля, тому що спадну частину ми вважаємо вже вилученою перед початком процесу послаблення кратних відбиттів.

і являють собою матриці, які називаються матрицями фіксованої частоти або монохроматичними матрицями. Структура цих матриць цілком визначається геометрією сейсмічних спостережень. Монохроматична матриця для однобічної геометрії спостережень, характерної для морської сейсморозвідки, має вигляд, представлений у табл. 1, де стовпці матриці являють собою монохроматичні сейсмограми загального пункту збудження (ЗПЗ), стрічки – сейсмограми загального пункту прийому (ЗПП), а діагоналі матриці – сейсмограми рівних видалень (РУ). При цьому головна діагональ відповідає нульовому видаленню, а антидіагоналі являють собою сейсмограми ЗСТ.

Таблиця 1

Структура матриці фіксованої частоти у випадку геометрії спостережень морського типу

P11

P12 | P21

P13 | P22 | P31

P14 | P23 | P32 | P41

P15 | P24 | P33 | P42 | P51

P25 | P34 | P43 | P52 | P61

P35 | P44 | P53 | P62

P45 | P54 | P63

P55 | P64

P65

Після помноження матриці фіксованої частоти у виразах /1/ та /2/ на себе будемо мати нову матрицю фіксованої частоти, що буде містити тільки ненормовані кратні хвилі, при чому первинні хвилі переходять у кратні хвилі першого порядку, кратні першого порядку - у кратні хвилі другого порядку і т.д.

Аналізуючи монохроматичну матрицю кратних хвиль першого порядку, що формується шляхом помноження матриці з табл. 1 на себе, можна зробити висновок, що кількість ближніх до джерела каналів, які перетворюються на нульові, подвоюється. Це означає, що кратні хвилі для цих каналів не передбачаються і тому неможливо їх вилучити з ближніх каналів, де їх інтерференція з первинними хвилями створює найбільше проблем. Аналогічно кількість нульових каналів для кратних відбиттів другого порядку потроюється і т.д. Цей факт приводить до необхідності відновлення тих ближніх каналів, для яких не проводилися сейсмічні спостереження.

Структура матриці фіксованої частоти для центрального розміщення джерело-приймач наведено у табл. 2. Таке розміщення більш характерне для наземних спостережень. У цьому випадку невеликі пропуски в розміщенні ближніх каналів менш деструктивно впливають на формування матриці кратних відбиттів. Важливо, що в цьому випадку передбачені кратні хвилі першого порядку формуються для всіх спостережених сейсмічних трас. Тому вилучення кратних хвиль із близьких до джерела каналів буде давати кращі результати, ніж у випадку однобічної геометрії спостережень.

Таблиця 2.

Структура матриці фіксованої частоти у випадку центральної геометрії спостережень |

P1,-2

P1,-1 | P2,-2

P1,0 | P2,-1 | P3,-2

P1,1 | P2,0 | P3,-1 | P4,-2

P1,2 | P2,1 | P3,0 | P4,-1 | P5,-2

P2,2 | P3,1 | P4,0 | P5,-1 | P6,-2

P3,2 | P4,1 | P5,0 | P6,-1

P4,2 | P5,1 | P6,0

P5,2 | P6,1

P6,2

Для визначення динаміки кратних відбиттів у виразах /1/ і /2/ необхідно помножити монохроматичні матриці цих відбиттів на відповідну ступінь спектра зворотної сигнатури джерела . Навіть у випадку, коли ця величина нам відома заздалегідь, вона може виявитися не оптимальною для нормування матриць, тому що величину в цих співвідношеннях необхідно розглядати як результат впливу багатьох факторів на елементарний сигнал, породжений джерелом. Внаслідок того, що урахування усіх цих факторів вкрай утруднено, у більшості випадків величину необхідно оцінювати. В якості критерію оцінки зручно прийняти вимогу, щоб після вилучення передбачених кратних відбиттів з вхідних сейсмограм на результуючих сейсмограмах залишався мінімум енергії /Ikelle L.T., Graham R., Weglein A. B., 1997; Matson K. H., 1999;. Verschuur D. J., Berkhout A. J., Wapenaar C. P. A., 1992/. Цей підхід не є єдино можливим і не у всіх випадках є оптимальним, однак у більшості випадків є прийнятним і зручний тим, що дозволяє використовувати добре розроблені алгоритми оптимізації.

Будемо враховувати тільки кратні відбиття першого порядку, і мінімізувати цільову функцію

,

де , - координата джерела, - приймача. Мінімізуючи цю цільову функцію, можна одержати вирази для визначення оптимальної сигнатури джерела для кожної сейсмограми ЗПЗ

/3/

де

,

, /4/

і , , “*” - знак комплексного спряження, і - кругові частоти, що містяться в частотному діапазоні , - функція, що згладжує, - вагова функція, - стабілізуючий параметр. Величини , і вводяться для підвищення стійкості обчислення /3/ і /4/.

Функція , що згладжує, вводиться для того, щоб врахувати апріорну інформацію про гладкість спектра. В якості такої функцію можна вибрати синус-кардинал або яке-небудь інше вікно, що згладжує.

Функція вводиться для того, щоб використати апріорну інформацію, яка описує якість вхідних сейсмічних даних. Дійсно, у випадку мілкого моря великі віддалення можуть містити закритичні відбиття та інші перешкоди, внаслідок чого може виникнути необхідність послабити вплив цих видалень на оцінку сигнатури джерела. Це можна зробити, використовуючи вагову функцію у вигляді , де - деяке позитивне число. Якщо ближні канали спостереження зашумлені завадами, наприклад, поверхневими хвилями, має сенс зменшити їхню вагу у загальній сумі. Тоді вагову функцію можна використовувати у вигляді , де - найбільша відстань між приймачем та джерелом, а ф і м - деякі позитивні числа.

Процедуру оцінки сигналу джерела можна виконувати итераційно, уточнюючи оцінку на кожнім кроці.

Зрозуміло, що вищеописана процедура оцінки зворотної сигнатури джерела не є єдино можливою, котру можна побудувати на базі критерію мінімуму енергії. Складність полягає в тому, що ми не завжди можемо задовольнитися використанням одного сигналу, що нормує, для всіх трас і часів сейсмограми.

Для обліку варіацій сигналу в просторово-часовій області в границях сейсмограми ЗПЗ, необхідно в деякім вікні, що плаває, мінімізувати функціонал

, /5/

де - вхідне спостережене поле, - сума хвильових полів передбачених кратних відбиттів усіх присутніх на сейсмограмі порядків, вже нормованих єдиною для кожної сейсмограми зворотною сигнатурою джерела , і - відповідно амплітудний і фазовий параметри, за якими проходить мінімізація цільової функції /5/ у кожній точці поточного вікна.

У третьому розділі описується адаптивний програмно-методичний комплекс, який реалізує технологічну схему послаблення кратних хвиль. Комплекс складається з декількох блоків. Перший блок програм реалізує передобробку. У нього входять програми редагування вхідних даних, урахування 3D поширення сейсмічних хвиль, послаблення регулярних перешкод, не зв'язаних з багатократними відбиттями, відновлення пропущених і зашумлених сейсмограм та каналів спостереження. Другий блок реалізує сам алгоритм послаблення кратних відбиттів. Він складається з програм, які послідовно виконують етапи цього засобу: перетворення вхідного профілю в профіль монохроматичних матриць, передбачення ненормованих кратних відбиттів усіх необхідних порядків кратності, оцінку зворотної сигнатури джерел, нормування монохроматичних матриць кратних відбиттів, зворотне перетворення профілю монохроматичних матриць у набір сейсмограм, і адаптивного вилучення передбачених кратних хвиль з вхідних даних. У цей же блок входить набір програм візуалізації, згладжування та обробки оцінок сигнатур джерел. У програмний комплекс також входить блок допоміжних програм, які дозволяють виділяти з профілю сейсмограми різних типів, робити оцінку швидкостей, фільтрувати дані і т.д. Програмний комплекс написаний мовою Фортран.

Особливістю запропонованого програмного комплексу є широке використання вікон, що згладжують. Це дозволяє істотно зменшувати енергію сигналів і трас поза межами деякого цільового інтервалу. Згладжування реалізується як у часовий, так і в частотній області. В часовій області застосовується прямокутне і косинусне вікно, у частотної - вікно Гудмана-Эноксона-Отнеса чи вікно Хеннинга, застосування яких приводить до істотного зменшення енергії бічних сплесків /Отнес Р., Эноксон Л., 1982/. Вікна, що згладжують, застосовуються на всіх етапах обробки - при формуванні матриць кратних відбиттів у спектральній області для запобігання циклічного накладення, при визначенні сигнатур джерел фіксованої часової тривалості, при коректуванні оцінок сигнатур джерел, щоб забезпечити швидке згасання цих оцінок за часом і т.д.

При оцінці сигнатури джерел спосіб, який описується виразами /3/-/4/, було модифіковано. Замітимо, що регуляризатор можна вибирати постійним для кожної сейсмограми і частоти тільки в порівняно простих випадках, коли вхідні сейсмограми не містять регулярного і нерегулярного частотно-залежного шуму. При наявності такого шуму використовується алгоритм адаптивного підбора для кожної поточної сейсмограми і частоти окремо. Програма, що здійснює оцінку з одночасною оцінкою , має два режими роботи - перебір у заданих межах з перемінним кроком і пошук оцінки за допомогою методів одномірної оптимізації. Метод прямого перебору в досить вузьких межах є більш ефективним внаслідок многоэкстремальності цільової функції в залежності від параметра .

Запропонований програмно-алгоритмічний комплекс характеризується широким використанням динамічного розподілу оперативної пам'яті комп'ютера, гнучкою системою використання і звільнення дискової пам'яті, оптимизованою системою обмінів даними між дисковою й оперативною пам'яттю, використанням стрічкової структури робочих матриць, формальним використанням оптимизованих матричних процедур, спрямованих на оперування зі стрічковими матрицями, широким застосуванням спеціалізованого швидкого перетворення Фур'є у власній реалізації автора, модульною структурою програмного комплексу, досить зручним інтерфейсом, гнучкою системою стикування програм, інтерактивною системою обробки з можливістю втручання оброблювача на кожнім кроці обробки, погодженістю форматів усередині комплексу, і поза комплексом - із системою обробки сейсмічної інформації SDS-РС.

У четвертому розділі проведено методичне випробування і дослідження впливу параметрів обробки на результат передбачення і вилучення кратних відбиттів. Для побудови тестових моделей використовувалася програма кінцево-різницевого сейсмічного моделювання TESSERAL-2D фірми Tesseral Technology Inc. У якості вхідних даних використовувалося вісім модельних прикладів і два спостережених польових профілі. Шість перших моделей імітували горизонтально-шарувате акустичне і пружне середовище різного ступеня складності, дві інших – пружні середовища зі складним поводженням сейсмічних відбиваючих границь.

У якості спостережених польових сейсмічних даних використовувалися глибоководний та мілководний морські сейсмічні профілі, спостережені в Українській частині шельфу Чорного моря.

На тестовому матеріалі показано, що в результаті застосування способу кратні відбиття на сейсмограмах спільного пункту збудження (СПЗ) та рівних віддалень (РВ) значно слабшають. При цьому первинні відбиття практично не зазнають помітних змін (мал. 1).

Оцінки сигнатури джерел, здійснювані за допомогою виразів /3/ і / 4/ також близькі до елементарних сигналів, які використовувались при розрахунку синтетичних сейсмограм.

Сейсмічні часові розрізи, побудовані за вхідними даними і за даними з послабленими кратними відбиттями, відрізняються менш істотно, тому що підсумовування по спільній середній точці (ССТ) саме є могутнім засобом послаблення кратних відбиттів.

На тестовому матеріалі досліджено ефективність передбачення і вилучення кратних відбиттів в залежності від параметра регуляризации і передбачуваної довжини сигнатури джерела, продемонстрована необхідність інтерполяції пропущених ближніх каналів спостереження у випадку однобічного розміщення, а також показано, що вилучення кратних відбиттів веде до більш упевненої й однозначної інтерпретації спектра швидкостей.

Не дивлячись на те, що обчислювальний алгоритм розроблявся для акустичної моделі середовища, послаблення кратних хвиль для пружної моделі також є цілком задовільним.

Для глибоководного профілю можна бачити (мал.2), що вилучення кратних хвиль-завад дає цілком прийнятні результати. Кратні відбиття на вихідних сейсмограмах і на часових розрізах значно послаблені. Збільшуватися також однозначність інтерпретації швидкісних спектрів.

У заключній частині цієї глави дається аналіз факторів, що приводять до помилок передбачення й послаблення кратних відбиттів при морських та наземних польових спостереженнях, а також формулюються подальші напрямки розвитку та удосконалювання засобу.

У висновку дається короткий огляд роботи і викладені основні результати, отримані особисто автором:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Висновки. У дисертації вирішені задачі теоретичного узагальнення засобу вилучення кратних хвиль, пов'язаних з поверхнею, на випадок довільної профільної геометрії сейсмічних спостережень, удосконалення алгоритму передбачення і вилучення кратних відбиттів, побудови програмно-методичного комплексу, що реалізує спосіб, дослідження залежності результатів послаблення кратних хвиль від параметрів спостереження та обробки.

Основні положення, що захищаються:

1. У результаті аналізу й узагальнення різних підходів до передбачення кратних хвиль, що включають підхід з погляду теорії дифракції на апертурі, підхід на основі теорії pозсіяння і підхід “зворотного зв'язку”, сформульована єдина технологічна схема рішення проблеми послаблення кратних хвиль.

2. На підставі цієї схеми розроблена комп'ютерна технологія передбачення і наступного вилучення кратних хвиль, що не потребує апріорній інформації про структуру і швидкісні властивості розрізу.

3. Розроблена комп'ютерна технологія підтвердила свою ефективність на модельному і реальному морському матеріалах.

СПИСОК ОСНОВНИХ РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гейхман А.М. Моделирование и вычитание кратных отражений методом борновских рядов рассеяния // Науковий вісник НГАУ. – 2001. - №4. - С. 99 - 100.

2. Гейхман А. М. Применение борновских рядов рассеяния для моделирования и вычитания многократных отражений в сложнопостроенной упругой среде //Сб. науч. трудов Национального горного университета.– 2002.- Т. 1,- №14. С. 118-123.

3. Гейхман А.М. Инверсные ряды рассеяния как инструмент удаления кратных волн,

связанных с поверхностью//Науковий вісник НГАУ. – 2003. - №6. - С. 30-33.

4. Гейхман А. М. Структура матриць фіксованої частоти для вилучення кратних хвиль на основі засобу обернених рядів Борну// Зб. наукових праць УкрДГРІ. – Київ. - № 1. – 2003. – С. 59 - 67.

5.

основе рядов рассеяния Борна// Геофиз. журн. – 2003. – 25 , № 5. - С. 43-60.

6.

поверхневих кратних хвиль засобом рядів розсіювання Борна//Вісн. Київ. ун-ту. Геологія - 2003. - №25 - С. 68-71.

7. Гейхман А. М. Вилучення кратних хвиль з морських та наземних польових сейсмічних записів на основі обернених рядів розсіювання Борна // Науковий вісник ІФНТУНГ. - 2002. - №3(4). - С. 145-158.

8. Гейхман А.М. Адаптивні алгоритми вилучення кратних хвиль пов’язанних з поверхнею

засобом зворотних рядів розсіювання//Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти

геоінформатики”, т.1, - Київ. -2004.- С. 77 - 93.

9. Гейхман А.М. Подавление кратних волн на продольных и непродольных профилях методом рядов рассеяния Борна // Сб. трудов Третьих геофизических чтений имени В. В. Федынского. - М.: Научный мир. – 2001. - С. 349 – 353.

10. Гейхман А.М. Использование рядов рассеяния Борна для ослабления кратных отражений // Материалы второй всероссийской конференции “Геофизика и математика”. – Пермь. – 2001. С. 62 – 72.

11. Гейхман А.М. Вилучення кратних відбиттів методом рядів розсіювання // “Нафта і газ України”. Матеріали 6-ої Міжнародної наук.-практ. конференції. - Івано-Франківськ. – 2000. - т. 1. - С. 344.

12. Гейхман А. М. Вилучення кратних хвиль методом рядів розсіювання Борна // Тези доповідей Міжнародної наукової конференції “Геологія горючих копалин України”. - Львів. – 2001. - С.52-54.

13. Гейхман А. Ослабление кратных волн для морских сейсмических данных//Тез. докл. Международной конф. “Проблемы геодинамики и нефтегазоностности Черноморско-Каспийского региона”. - Симферополь. – 2003. – С.265-267.

14.

з сейсмічних записів на основі рядів розсіювання Борна//Тези доповідей ІІІ Міжнародної наукової конференції “Геофізичний моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. – Київ. - 2002. - С. 68-70.

15. Гейхман А. М. Дослідницький програмний комплекс для вилучення кратних хвиль-завад, пов’язаних з вільною поверхнею//Тези доповідей ІV Міжнародної наукової конференції “Геофізичний моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. – Київ. - 2003. - С. 39-40.

Гейхман А. М. Удаление многократных волн-помех из сейсмических записей на основе рядов рассеяния Борна. Рукопись.

Аннотация

Диссертационная работа посвящена задаче ослабления кратных отражений, которые в большинстве случаев рассматриваются как помехи. Многократные отражения можно разделить на два класса – кратные отражения, связанные с дневной поверхностью, и внутри пластовые кратные отражения. Первые обычно являются более сильными и создают больше проблем. Математически процесс предсказания и удаления кратных отражений этого типа выражается инверсным рядом Борна. Каждый член такого ряда является результатом умножения монохроматических матриц профиля и нормировки этого произведения с помощью обратной сигнатуры источника.

В диссертации решены задачи теоретического обобщения способа удаления кратных волн, связанных с поверхностью, на случай произвольной профильной геометрии сейсмических наблюдений, усовершенствование алгоритма предсказания и удаления кратных отражений, оценки сигнатуры источника, а также интерполяции пропущенных каналов и сейсмограмм. Построен комплекс компьютерных программ, адаптивно реализующий предлагаемую технологическую схему ослабления кратных отражений. Произведено широкое опробование способа на тестовом и полевом материале. Проанализирована зависимость результатов ослабления кратных волн от параметров наблюдения и обработки.

Гейхман А. М. Вилучення багатократних хвиль-завад із сейсмічних записів на основі рядів розсіювання Борна. Рукопис.

Анотація

Дисертаційна робота присвячена задачі послаблення кратних відбиттів, які у більшості випадків розглядаються як завади. Багатократні відбиття можна розділити на два класи – кратні відбиття, пов'язані з денною поверхнею, і внутрішньо пластові кратні відбиття. Перші звичайно є більш сильними і створюють більше проблем. Математично процес передбачення і вилучення кратних відбиттів цього типу виражається інверсним рядом Борна. Кожен член такого ряду є результатом помноження монохроматичних матриць профілю і нормування цього добутку за допомогою зворотної сигнатури джерела.

У дисертації вирішені задачі теоретичного узагальнення способу вилучення кратних хвиль, пов'язаних з поверхнею, на випадок довільної профільної геометрії сейсмічних спостережень, удосконалення алгоритму передбачення і вилучення кратних відбиттів, оцінки сигнатури джерела, а також інтерполяції пропущених каналів і сейсмограм. Побудовано комплекс комп'ютерних програм, який адоптивно реалізую запропоновану технологію послаблення кратних хвиль. Проведено широке випробування засобу на тестовому і польовому матеріалі. Проаналізовано залежність результатів послаблення кратних хвиль від параметрів спостереження та обробки.

Geykhman A. M. MULTIPLE REMOVAL FROM SEISMIC DATA USING BORN’S SCATTERING SERIES. Manuscript.

Summary

In the present paper was considered the problem, which has being actively discussed for the last ten years, namely - free surface related multiples elimination. One of the longstanding and only partially solved problems in exploration seismology is multiples removing. The basic model in seismic processing assumes that reflected data consist of primaries only, and for this reason multiples usually regards as a noise. Multiples are divided into two parts: free-surface related and internal multiples. The first type of multiples usually generates more problems, because free-surface coefficient of reflectivity may be closer to one. During few last years many geophysicists have actively developed the methods, that are used inverse Borns series for surface-related multiples elimination (A. B. Weglein, A. J. Berkhout, D.J. Verschuur, L.T. Ikelle, P.G. Kelamis, W.H. Dragoset, A.M. Ziolkowski, K.H. Matson, и some other European and American geophysicists). This method is based on the physics of wave propagation from free surface and is established relation between observed data, which contained data with surface-related multiples, and search data, which do not contained these waves. This relation is established by Borns scattering series. Direct series express data, which contain surface related multiples, via wished data without surface multiple. Inverse Borns series express wished data without surface-related multiples via observed data. Theoretically this method do not require any information or assumption about geological medium, but it require two anticipatory demands: 1) full regularity of observation, involving existing of observed nearest offsets containing up to zero traces and 2) knowledge about source signature. Besides that, the noise level that is generated by waves, which are not related with primary and multiples, must be as less as it possible.

Elimination of free surface related multiples might be regard as a first stage of solving inverse dynamic problem of seismic.

The goal of the work was further development of theory and methodic basis of free surface relation multiple attenuation, creation and enhances the algorithms and software of this method.

Main tasks of investigation were: 1) to construct the matrixes of fixed frequency for all possible system of 2D seismic observations; 2) to investigate the properties of fixed frequency matrix for multiples; 3) to develop the algorithms and software for maximum flexibility putting to practice this method; 4) to improvement of source signature evaluation; 5) to create the procedure of multiples attenuation; 6) to investigate technology, that was constructed, on simulated and real field seismic data; 7) to evaluate the possibility of employment of the methods in the cases of land and 3D seismic observation.

Science novelty:

1. The matrix of fixed frequency for arbitrary system of 2D seismic observations was constructed.

The properties of fixed frequency matrix for multiples were investigated. It was showed that in the case of one-side geometry of observation, n missing nearest points of observation lead to 2n missing rows in the fixed frequency matrix of the first order multiples, 3n – in the matrix of second order multiples and so on. It is really reason for restoration the missing nearest observation. In the case of two-side observation this dependence are not so direct. It was described geometry of observation that leads to full filling fixed frequency matrix.

2. It is proposed one of the possible ways of putting into practice method of inverse scattering series for surface multiples elimination. The software for adaptive and interactive multiple elimination was made. The main advantage of this software are using of smoothing parameter matching for all frequencies and all shot points and wide using of smoothing windows and using the system for sources signatures correction. Smoothing windows give a possibility to decrease energy of signal outside some time or space interval. Parameter у usually may be chosen as a constant over all frequencies of the band of spectrum and all seismograms for simulated data. But in the case of field observed data regularization у it is necessary matching for every frequency of the band and every seismogram separately, because seismic energy for fields data is essentially changed not only from one seismograms to next, but with relation of frequencies too. To choose an optimal у it is possible to using the principle of minimum energy. For all that it is necessary to choose interval of matching enough narrow, because dependence energy from у is many extreme functional.

3. Dependence of multiple attenuation results from processing parameters was investigated