CC BY
24Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 4 (2011 4) 419-428
УДК 550.3
Объектно-ориентированная технология создания сейсмогеологических моделей в отраженных и рассеянных волнах
В.А. Поздняков, С.С. Худяков
Сибирский федеральный университет Россия 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79 1
Received 5.08.2011, received in revised form 12.08.2011, accepted 19.08.2011
Представлено решение задачи интегрирования разработанных алгоритмов и программ фокусирующего преобразования волновых полей в информационную среду объектно-ориентированной географической информационной системы в рамках единой технологии обработки сейсморазведочных данных.
Ключевые слова: деструктивная зона, рассеяние, сейсмогеологическая модель, база данных, геоинформационная система.
Рассмотрим проблему повышения информативности сейсморазведки в контексте комплексного, совместно с другими геолого-геофизическими методами, использования архивных и вновь получаемых данных для новых знаний о строении локальных геологических объектов. Объектно-ориентированный подход к обработке сейсморазведочных данных был описан О.К. Кондратьевым (1998). Представленные в настоящей статье результаты базируются на опыте использования объектно-ориентированной технологии построения моделей геологических сред (Гольдин и др., 2004; Поздняков, 2005; Поздняков, Кабанов, 2005).
Основные элементы объектно-ориентированной технологии (ООТ) схематично изображены на рис. 1. Таких элементов четыре: 1 - система обработки и интерпретации, включая подсистему объектно-ориентированных фокусирующих преобразований сейсмограмм; 2 - система специализированных реляционных баз данных; 3 - система создания и поддержки электронных архивов; 4 - объектно-ориентированная географическая информационная система (ОО-ГИС), включая информационно-поисковую подсистему управления выделенными потоками данных. В качестве базовой ООГИС может применяться система «СОТО» (Бондарь и др., 2002). В системе обработки и интерпретации (1 элемент) ключевую роль играют процедуры, разработанные на основе алгоритмов фокусирующих преобразований сейсморазведочных данных. Объектно-ориентрованные F-процедуры построения изображений геологической среды в отраженных и рассеянных волнах являются надежным инструментарием геофизика при формировании и анализе сейсмических атрибутов (Поздняков, Кабанов, 2005). Остановимся более
* Corresponding author E-mail address: [email protected]
1 © Siberian Federal University. All rights reserved
Система обработки и интерпретации
Объектно-ориентированная подсистема_
Подсистема специализированных реляционных баз данных
_ п_
I
Фа
I
Файл-сервер
яШШ
1!
Подсистема архивации
Объектно-ориентированная ГИС
Информационно-поисковая подсистема
Рис. 1. Основные элементы объектно-ориентированной технологии
подробно на трех остальных элементах, составляющих единую объектно-ориентированную технологию.
Известно, что геолого-геофизическое информационное пространство по своей сути изначально разнородно по структуре и объему данных. При этом наибольший объем и прирост информации традиционно дает сейсморазведка. Для эффективного применения компьютерных технологий обработки геолого-геофизических данных необходимо иметь максимально структурированные по определенным логическим принципам информационные блоки (информационные подмножества). Это может многократно повысить скорость доступа к информационно -му пространству. При использовании разнородных данных в информационном пространстве могут возникать «проблемы совместимости». При работе с таким информационным пространством следует учитывать ряд необходимых требований: наличие типовых и, по возможности, недорогих аппаратных средств; минимизация трудозатрат на администрирование и техническую поддержку; полноценное и логичное описание объектов; удобный и простой интерфейс.
Сейсморазведочную информацию можно условно разделить на две составные части - содержательную и описательную (Худяков и др., 2002). Содержательная часть, большая по объему, включает зарегистрированные сейсморазведочной аппаратурой данные, схемы отстрела профилей, поэтапные и итоговые результаты обработки и интерпретации и т.п. данные. Описательная часть включает в себя: данные о планово-высотном положении (координатах) пике -тов сейсмических профилей; характеристики и описание методики проведения полевых работ и условий регистрации; геофизические отчеты и рапорты оператора. К описательной части также относится информация о выделенных в результате обработки и интерпретации волновых образах нефтегазоперспективных объектов. На основе такого подхода сейсморазведочную
информацию можно разделить на два типа: данные, которые можно зафиксировать в жесткой структурированной («табличной») форме; данные, имеющие неделимую структуру, которые удобно хранить как архивные объекты в электронном архиве.
Разрабатываемая технология создания сейсмогеологических моделей базируется на использовании трех основных информационных потоков. Первый поток данных представляет собой собственно материалы полевых работ, сгруппированные в виде совокупности позиционных сейсмограмм. Эти данные имеют большие объемы и хранятся в неструктурированном виде. Второй информационный поток представляет собой результаты постобработки. Основной единицей информации этого потока выступает временной разрез вдоль сейсмического профиля. Временной разрез является неструктурированной неделимой информационной матрицей, которая содержит, в том числе, и волновые образы локальных геологических объектов. Третий поток данных порождается на этапе интерпретации. Здесь аккумулируется информация о выделенных сейсмогеологических моделях, а также многопараметрическое описание локальных объектов, полученное другими геолого-геофизическими методами исследования.
Многовидовая структура данных требует применения оптимизационного подхода к проектированию архитектуры единого информационного пространства. Структурированные, поддающиеся формализации данные о геологических объектах удобно хранить в специализированных реляционных базах данных, например базе данных «сейсморазведка» (Поздняков и др., 2003). Систему баз данных целесообразно организовывать по принципам файл-серверной архитектуры, когда информация представляется набором файлов с определенной фиксированной структурой. При этом связь между атрибутивной и пространственной информацией устанавливается с помощью уникального идентификатора объекта и жестко привязана к реляционной базе данных. Данные, не поддающиеся структурированию, а также информацию, представленную в виде растровых копий, целесообразно регистрировать как архивные объекты и хранить на внешних магнитных носителях в специальном электронном архиве. Описание архивных объектов фиксируется в индексной базе данных архива, которая в свою очередь жестко связана с основной реляционной базой данных. Сводное описание всех составных частей единого информационного пространства реализовано в виде базы метаданных. Следует отметить, что практически все популярные системы обработки и интерпретации геолого-геофизической информации имеют закрытую архитектуру. Логичным объединяющим инструментарием для интегрирования сложно организованных объектов с любой другой пространственно распределенной фактографической информацией и внешними базами данных может и должна служить ООГИС. Объектно-ориентированный принцип построения моделей информационного пространства наиболее полно реализует описание и наследование свойств выделенных классов объектов (Худяков и др., 2002). Более подробно организация ООГИС и технологии построения многомерных моделей локальных объектов описаны ниже.
Основными принципами формирования ООГИС-проектов являются: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, иерархичность, типизация, параллелизм и сохраняемость данных. Каждый из этих принципов сам по себе не нов, но впервые они применены в совокупности к результатам фокусирующих преобразований сейсмических волновых полей. Объектно-ориентированные принципы организации данных в ООГИС делают акцент не столько на общих свойствах объектов, сколько на их положении в некоторой сложной иерархической схе-
Рис. 2. Пример создания фрагмента модели (OLE-объект)
ме (классификации), на взаимоотношениях и взаимосвязях объектов. При этом ООГИС позволяет оптимизировать работу пользователей с различным уровнем доступа к информационным ресурсам как по структуре данных, так и по выполняемым операциям в рамках единой модели геологической среды.
Следует особо отметить, что создание интегрированных проектов можно реализовать как на уровне построения интерфейсов c использованием технологий OLE, COM (рис. 2), так и в результате разработки новых оригинальных инструментальных средств ООГИС.
Формализованное описание структуры классов объектов сейсмогеологической модели в общем виде показано на рис. 3. В качестве примера на рис. 4 приведена структура класса объектов «локальный рассеивающий объект» («ЛРО»). В геоинформационной модели может одновременно существовать множество других классов объектов различной сложности, в том числе «сейсмический профиль», «скважина», «флюиды», «керн» и т.п. В рамках заданного проекта класс объектов «ЛРО» имеет сложную структуру и представляет собой набор атрибутов субсейсмического масштаба, связей и операций, установленных (выделенных) в результате применения фокусирующих преобразований волновых полей. В практике создания геолого-геофизических моделей нефтегазовых месторождений класс объектов «ЛРО» описывает новые геологические объекты с уникальными свойствами. С помощью скользящих интерференционных F-систем можно «рассматривать» модель геологической среды под разными углами
Рис. 3. Структура классов объектов сейсмогеологической модели
Рис. 4. Структура класса «Локальный рассеивающий объект»
фокусирования. Это позволяет, например, получать изображения среды в различных диапазонах спектра либо с любыми другими атрибутами сейсмической записи. При этом изображение локального рассеивающего объекта будет устойчиво идентифицироваться на полученных селективных (по апертуре сейсмического сноса или углу наклона) разрезах. Локальные волновые образы субсейсмического масштаба в комбинации с данными других классов объектов позволяют интерпретатору составить более полное представление о строении геологической среды, что в конечном итоге повышает качество принятия решения при нефтегазопоисковых исследованиях.
При наличии больших объемов информации и поточной схеме обработки сейсморазве-дочных данных зачастую возникает необходимость многократного обращения к ранее полученным данным в их дополнительной обработке и интерпретации в комплексе с информацией, полученной другими геолого-геофизическими методами. Одним из подходов к решению этой задачи в рамках отдельного предприятия или целого региона может быть формирование и ис-
Рис. 5. Структурная схема подсистемы архивации
пользование специализированных баз данных. Эти базы могут быть либо автономными, либо интегрированными в структуру регионального банка данных и/или банка данных крупного научно-исследовательского центра (Поздняков, Битнер, 2009). На рис. 5 представлена структурная схема подсистемы архивации данных сейсморазведки. В рамках архивации подсистемы были разработаны и внедрены в ЗАО «Красноярскгеофизика» специализированные базы данных, в том числе база данных сейсморазведки (Поздняков и др., 2003). В настоящее время созданы и поддерживаются более 20 специализированных электронных баз данных (Поздняков, Битнер, 2009).
В рамках объектно-ориентированной технологии была также разработана концепция построения информационно-поисковой подсистемы для реализации автоматизированных рабочих мест, организованных по принципу «клиент-сервер». Подсистема начинает функционировать с момента актуализации запроса пользователя. Базы данных составляют основу информационно-поисковой подсистемы и выступают в качестве накопителя и источника информации для последующей обработки. Необходимая в данный момент информация предо- 424 -
Рис. 6. Обобщенная схема обработки и интерпретации сейсмических данных на основе объектно-ориентированной технологии
ставляется пользователю по ключевым запросам. Электронный архив фактически является хранилищем носителей информации содержательной части сейсморазведочных данных, которую из-за больших объемов целесообразно хранить на внешних носителях. В качестве носителей могут использоваться StorEdge, DVD, картриджи, ленточные и дисковые носители и т. п. оборудование. Подсистема для работы с содержательной частью сейсморазведочных данных и иной многомерной информацией о геологических объектах представляет собой справочно-информационную систему архива, где хранятся ссылки на носители данных архива и описание архивных объектов. Подсистема для работы с описательной частью является инструментом формирования и первичной обработки описательной и геопространственной составляющей сейсморазведочных данных. Визуализация полученной по запросам пользователя информации может быть осуществлена как в рамках систем обработки и интерпретации, так и средствами ООГИС. Подсистема архивации, информационно-поисковая подсистема и специализированные базы данных были интегрированы в единое информационное пространство с ООГИС «СОТО». Сетевая версия программного обеспечения «СОТО» основана на архитектуре «клиент-сервер» с использованием спецификаций DCOM и семейства протоколов Internet (TCP/IP) (Худяков и др., 2002).
Программные средства либо автономно, либо в виде организованных подсистем могут быть адаптированы к любой другой объектно-ориентированной ГИС, например ArcGis. Разработанные подсистема архивации, специализированные базы данных, информационно-поисковая подсистема хранения и поддержки баз геолого-геофизической информации позволяют создать единое информационное пространство и гибкую объектно-ориентированную технологию получения многомерных моделей локальных объектов в геологической среде (сейсмогеологи-ческие модели). Обобщенная схема обработки и интерпретации сейсмических данных представлена на рис. 6. В рамках созданного подхода к решению различных задач дистанционного картирования локальных объектов геологической среды целесообразно дальнейшее развитие математических методов, технологий обработки и интерпретации данных сейсморазведки в едином информационном пространстве ООГИС.
Пример выявления локальных объектов класса ЛРО (зоны повышенной трещиноватости горных пород) на основе атрибутивного анализа данных архивного ООГИС-проекта приведен на рис. 7. На выделенном фрагменте 3D-изображения (фрагмент сейсмогеологической модели) показана суперпозиция полей отраженных и рассеянных волн, а также расположение скважин. Аномальные зоны повышенной трещиноватости показаны на рис. 7 красным цветом. Наибольшая энергия рассеянных волн расположена вблизи скважин 1,4,7,9. Очевидно, выделенные локальные зоны связаны не только с крупными разломами, но и с более мелкой оперяющей их системой трещин. Установлено, что сейсмический атрибут «локальный рассеивающий объект» имеет устойчивую корреляционную связь с повышенной трещиноватостью карбонатного коллектора (Поздняков, 2005; Поздняков, Кабанов, 2005), что позволяет прогнозировать местоположение локальных зон с улучшенными фильтрационно-емкостными свойствами.
В заключение следует отметить, что для формирования и поддержки единого информационного пространства геологических объектов были разработаны оригинальные архитектурные (структурные) решения для специализированных баз данных и алгоритмов работы с ними. Кроме того, разработана подсистема архивации, алгоритмы и программы гипертекстовых свя-
Рис. 7. Сейсмогеологическая модель зон повышенной трещиноватости: класс ЛРО (атрибу т - «Локальный рассеивающий объект»)
зей между классами и параметрами геологических объектов, алгоритмы управления доступом к архивным данным и многопараметрического поиска объектов по запросам пользователей. Для автоматизации процесса доступа к разнородным данным ООГИС в единой системе координат разработаны алгоритмы и программы специализированных ГИС-утилит для работы с внешними геоинформационными данными ГИС MapInfo, ArcGis, САПР AutoCad (Худяков и др., 2002; 2004).
Выводы
В работе обоснованы и представлены структурная схема подсистемы архивации и обобщенная схема обработки и интерпретации профильных и площадных сейсмических данных в рамках объектно-ориентированной ГИС.
В настоящее время практическое применение разработанных технологических решений может осуществляться при проведении нефтегазопоисковых работ на различных площадях Восточной Сибири и сопредельных территориях.
Список литературы
Бондарь Ю.В., Бежаева Е.Б., Бочарова О.Н., Куринский О.Н. Разработка и эксплуатация геоинформационных систем на основе оригинальной объектно-ориентированной технологии// Сибирская индустрия информационных систем: Тез. докл. I форума. Новосибирск: СО РАН, 2002. 4 с.
Гольдин С.В., Смирнов М.Ю., Поздняков В.А., Чеверда В.А. Построение сейсмических изображений в рассеянных волнах как средство детализации сейсмическиго разреза // Геофизика (Спецвыпуск). ЕАГО. 2004. С. 23-29.
Кондратьев О.К. Идеология и средства обработки сложных сейсмических материалов // Геофизика. 1998. №5. С. 3-12.
Поздняков В.А., Хританкова Н.И., Лапушов А.В. База данных «Сейсморазведка» / Свид. N° 2003620128 от 24.06.03. М.: РОСПАТЕНТ.
Поздняков В.А. Интенсивность рассеянных волн - новый сейсмический атрибут для прогноза фильтрационно-емкостных свойств нефтенасыщенного коллектора // Доклады РАН, сер. Геофизика. 2005. С. 34-40.
Поздняков В.А., Кабанов Р.В. Прогноз фильтрационно-емкостных свойств нефтенасыщен-ного коллектора на основе объектно-ориентированного преобразования сейсмограмм // Геология нефти и газа. 2005. №2. С.21-27.
Поздняков В.А., Битнер А.К. Красноярскгеофизика: 10 лет - более 30 новых сертифицированных продуктов на рынке информационных услуг // Красноярск: Природные ресурсы Красноярского края. 2009. №3. С. 44-47.
Худяков С.С., Поздняков В.А., Ефимов А.С. Интегрированные геолого-геофизические модели на основе объектно-ориентированной геоинформационной системы // Геофизика (Технологии сейсморазведки - I). 2002. С. 80-83.
Худяков С.С., Поздняков В.А., Ефимов А.С., Лапушов А.В. Совершенствование геоинформационных технологий на основе универсальной объектно-ориентированной ГИС // Инновационные технологии в области поисков, разведки и детального изучения месторождений нефти и газа. М.: ЕАГО, 2002. С. 175-178.
Худяков C.C., Поздняков В.А., Ефимов А.С. Анализ планово-высотного положения сети сейсмических профилей на основе обработки данных дистанционного зондирования Земли // Технологии сейсморазведки. 2004. №2. С.35-37.
Object-Oriented Technology of Creation
of Seismogeological Models
in the Reflected and Scattered Waves
Vladimir A. Pozdnyakov and Sergey S. Khudyakov
Siberian Federal University, 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041 Russia
Solving the problem of integration of algorithms and programs offocusing transformations of wave fields into the object-oriented geographic information system within unified technology of seismic data processing.
Keywords: destructive zone, scattering, seismogeological model, data base, geoinformation system.
