Особенности цифровой обработки сейсморазведочных данных при изучении малоглубинной калийной залежи Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

© А.Г. Ярославпсв, A.A. Жнкнн, 2012

УДК 550.834

А.Г. Ярославцев, А.А. Жикин

ОСОБЕННОСТИ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ ДАННЫХ ПРИ ИЗУЧЕНИИ МАЛОГЛУБИННОЙ КАЛИЙНОЙ ЗАЛЕЖИ

Рассмотрен оптимальный граф цифровой обработки сейсморазведочных данных малоглубинной сейсморазведки. Проанализированы основные проблемы, возникающие при обработке данного типа сейсмического материала. Ключевые слова: малоглубинная сейсморазведка, цифровая обработка, волны-помехи, FK-фильтрация, скоростной анализ.

Одним из основных геофизических методов изучения калийной залежи в пределах Верхнекамского месторождения солей (ВКМКС) является малоглубинная сейсморазведка с применением отраженных волн в рамках методики обшей глубинной точки [2, 3]. Основными ее преимушествами являются: кратность наблюдений, возможность скоростного анализа, высокое отношение сигнал-помеха. Накапливание сейсмических сигналов по ОГТ особенно необходимо при проведении сейсморазведочных работ в условиях градопромышленных агломераций, где уровень случайных помех сравним с полезным сигналом.

Регистрирующая аппаратура и программное обеспечение для обработки данных малоглубинной сейсморазведки к настояшему времени находятся на уровне практически не отличаюшемся от технологий нефтегазовой геофизики. Однако сейсмо-геологические модели изучаемых интервалов разреза в сравнении с нефтегазовыми исследованиями, несмотря на свои менее значительные размеры, объективно, оказываются более сложными. При исследовании

калийной залежи до глубин 500 м это обусловлено значительной дифференциацией физических свойств разреза по вертикали и латерали, особенно в его самой верхней части, а также осложненностью целевых пространственно-временных интервалов записей волнами помехами разных классов и типов. Такое содержание волновых полей исключает простое переложение нефтяных технологий цифровой обработки, применительно к данным малоглубинных исследований [1,4]. Кроме этого, новых оригинальных решений требуют и системы полевых наблюдений и приемы интерпретации.

В пределах неглубоких месторождений, типа ВКМКС, при выполнении профилирования по методике многократных перекрытий в модификации ОГТ цифровая обработка и интерпретация полученных данных строится на обшепринятых положениях с учетом повышенного частотного диапазона регистрируемых волновых полей.

Как правило, граф обработки содержит все обязательные традиционные этапы:

• предобработку (формирование входного потока сейсмической инфор-

Рис. 1. Фрагмент временного разреза

Рис. 2. Сравнение волновых полей сейсмограмм и их спектров от различных типов источников колебаний, применяемых в ГИ УрО РАН: а - падающий груз, б - механизированная пушка «ОеоБМке» (иБА), в - импульсный пороховой источник

мации и корректировку исходного материала, предусматриваюшие редакцию, регулировку уровня записи, изучение частотного состава и исходного отношения сигнал/помеха);

— корректируюшую фильтрацию (полосовую частотную и обратную);

— вычитание волн-помех (в двумерной области скоростей и волновых чисел);

— ввод и последуюшую совместную коррекцию статических и кинематических поправок;

— коррекцию формы записи (устранение остаточного фазового разброса, усиление интенсивности регулярной составляюшей);

— получение и обработку окончательного временного разреза (рис. 1).

Перечисленные этапы составляют две стадии процесса обработки: обработку сейсмограмм и обработку временного разреза. Ряд перечисленных процедур носит итеративный характер. Это совместная коррекция статических и кинематических поправок, вычитание волн-помех с после-дуюшей нормализацией спектра ре-зультируюшей записи.

На стадии обработки сейсмограмм параметры процедур обработки напрямую зависят от исходного волнового поля. На рис. 2. приведен пример сейсмограмм зарегистрированных в различных местах Верхнекамского месторождения калийных солей с применением разных типов источников упругих колебаний. В зависимости от типа источника на представленных сейсмограммах в той или иной степени представлены волны различных классов: волны-помехи, такие как преломленные, поверхностные и звуковые, а так же целевые отраженные волны.

На начальном этапе обработки первоочередной задачей является полное или частичное подавление на-

ложенных волн-помех, которые, зачастую, преобладают над полезной записью. Кроме традиционных процедур предобработки и корректировки сигнала (нормировка, полосовая и обратная фильтрации) (рис. 3, б), в первую очередь следует обрашать внимание на использование процедур пространственно-временной фильтрации двумерных волновых полей. Подобные процедуры позволяют разделить отраженные волны и волны-помехи за счет нахождения двумерного спектра исходного волнового поля, обнуления части записи и обратного преобразования Фурье.

Волновые поля на этом этапе обработки имеют некоторые особенности. На исходных сейсмограммах отраженные от приповерхностных слоев волны имеют схожий частотный состав с прямыми и преломленными волнами. В результате чего, решить задачу разделения данных волн методами только частотной фильтрации сложно. Более того, отражения и преломления от слоев с широким углом падения имеют похожие фазовые скорости, и они могут накладываться друг на друга. Следовательно, применение пространственной фильтрации для разделения наложенных волн осложняется наличием краевых эффектов [7], в целях устранения которых, она реализуется при постоянных параметрах в двух режимах: пропускания и подавления. Далее рекомендуется [1] использовать прием вычитания полученных в результате веерной FЛ-фильтрации волновых полей. В итоге чего результируюшее волновое поле будет свободно от искажений за счет краевых эффектов (рис. 3. в, д). Следуюшим этапом обработки является ввод кинематических (рис. 3, г) и статических поправок, с их последуюшей коррекцией. В связи с недостаточным параметрическим обеспечением

Рис. 3. Примеры сейсмограмм ОПВ на различных этапах обработки данных инженерной сейсморазведки: а) исходные сейсмограммы; б) сейсмограммы на этапе предобработки (центрирование трасс, регулировка амплитуд, полосовая фильтрация, предсказываюшая деконволюция); в) пространственно-временная фильтрация; г) ввод кинематических поправок; д) с последуюшей пространственной фильтрацией; е) конечные сейсмограммы после когерентной и Винеровской фильтрации

Рис. 4. Сейсмогеологический разрез

Н?рМйКИ.°1г*Ы1г /ЛМЮ

данными скважинных методов в пределах исследуемых площадей, подбор скоростей суммирования осуществляется путем анализа разверток и спектров Semblance как функций скоростей перебора Vconst и удаления источник-приемник L [8].

Высокая зашумленность сейсмической записи иногда не позволяет добиться высокой разрешенности и динамической выразительности целевых отражений, поэтому обязательными являются процедуры коррекции формы полезного сигнала, связанных с условиями возбуждения и приема. Это достигается с помощью Винеров-ской корректирующей фильтрации путем расчета таких фильтров, чтобы корректируемый участок трассы минимально отличался от эталона. Эталон для коррекции формируется поэтапно. Сначала рассчитывается предварительный эталон в виде суммы нескольких суммотрасс, относящихся к одной базе, затем производится взаимная корреляция его с каждой суммотрассой данной базы. Окончательный эталон формируется сложением суммотрасс с учетом полученных корреляцией сдвигов. По нашему опыту, наибольшее значение в результат работы этой процедуры вносят количество трасс в эталонной сумме и входная модификация потока трасс формирующих сейсмограмму.

Наряду с Винеровской фильтрацией высокая разрешенность и динамическая выразительность дальнейших результатов обработки достигается итеративным использованием многоканальной деконволюции и когерентной фильтрации различных выборок сейсмических записей (рис. 3. е). Эти процедуры, как правило, используются уже на итоговых стадиях обработки сейсмограмм и временных разрезов, имеющих приемлемое для интерпретации отношение сигнал/помеха.

Оценка кинематических параметров поля отраженных волн включает в себя этапы: 1) определение эффективных скоростей на основе вертикальных и горизонтальных спектров, а также сканирования скоростей; 2) регуляризация; 3) построение скоростной модели среды; 4) оценка достоверности результатов скоростного анализа.

Для определения окна скоростного анализа (ЛТ обычно учитывается уровень помех и требуемая детальность анализа. Чем выше уровень помех, тем больше интервал ЛТ [5]. Также ЛТ не может быть меньше 2—3 периодов регистрируемых колебаний.

Шаг смещения окна анализа (или расчета спектров) по шкале времен обычно выбирается экспериментальным путем, но, как правило, не более 1/4 Л Т. В этом случае в зону анализа попадают практически все волны, что создает предпосылки для определения оптимального положения кривой Vэф(t). Диапазон варьируемых значений Vэф должен охватывать все возможные величины для регулярных волн, зарегистрированных на сейсмограммах ОГТ. Шаг перебора кинематического параметра выбирается исходя из априорных сведений об изменениях скоростной характеристики.

В дальнейшем значения Vэф подвергаются различным процедурам регуляризации. Рассчитанные значения скоростей сглаживаются как по профилю, так и по времени. Осреднение по пяти точкам удовлетворяет условию: база сглаживания не менее длины расстановки. По полученным данным строятся графики эффективных скоростей по каждому отражающему горизонту. Наиболее информативным является построение скоростных разрезов (рис. 4.) в масштабе глубин.

Значения погоризонтных Vэф могут быть использованы напрямую для расчета интервальных скоростей интерпретационной сейсмогеологиче-

ской модели по известной формуле Урупова-Дикса. Наряду с априорными геолого-геофизическими сведениями, временной разрез и скорости составляют исходную информацию этапа интерпретации.

Таким образом, использование малоглубинной сейсморазведки методом отраженных волн для изучения калийной залежи требует использования высоких частот, желательно с применением широкой полосы пропускания при регистрации. К основным проблемам, возникающим при работе с этим типом сейсмической информации, можно отнести: пространственное наложение поверхностных волн, ложную интерпретацию полученных в результате обработки ударных волн, которые принимаются за отраженные, ошибочную интерпретацию преломленных волн отраженными на разрезах ОГТ, а также появление различного рода артефактов при некорректном выборе параметров процедур обработки.

1. Санфиров И.А Рудничные задачи сейсморазведки МОГТ. Екатеринбург, УрО РАН, 1996.

2. Санфиров И.А., Ярославцев А.Г., Фатькин К.Б., Прийма Г.Ю., Бабкин А.И., Сейсморазведочные исследования условий разработки калиной залежи / Геофи-зика.2011.№5.С.53-59.

3. Санфиров И.А., Ярославцев А.Г.Фатькин К.Б., Бабкин А.И., Прийма Г.Ю., Пригара А.М., Сейсморазведочные исследования водозащитной толщи на верхнекамском месторождении калийных солей / Горный журнал, 2008,№10. Москва, ИД «Руда и металлы», 2008. С.45-48.

4. Санфиров И.А., Ярославцев А.Г. Применение методик многократных перекрытий при решении инженерно-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Даже при благоприятных условиях, разделение отраженных волн от преломленных в процессе обработки является сложной задачей, иногда не решаемой [7]. Сложной задачей также является выделение артефактов, связанных с неточностями применения кинематических и статических поправок, появляющихся на временных разрезах малоглубинной сейсморазведки. Следовательно, при интерпретации данных необходимо быть предельно осторожным, т.к. существует множество когерентных волн, которые ошибочно могут быть приняты за отраженные. Также важным моментом является оценка качества обработки данных. Очевидно, требуется, чтобы интерпретатор имел доступ к исходным сейсмограммам, а в идеале к данным одного или нескольких промежуточных этапов обработки, для подтверждения геологического истолкования и отслеживания артефактов, возникших в результате обработки.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

геологических задач / 300 лет горногеологической службе России: Тезисы докладов международной геофизической конференции. Санкт-Петербург, 2000. С.602-604.

5. Урупов А.К., Левин А.И. Определение и интерпретация скоростей в методе отраженных волн. — М.: Недра ,1985.

6. Хаттон Л., Уэрдингтон М., Мейкин Дж. Обработка сейсмических данных. Теория и практика / Пер.с англ.М.:Мир,1989.

7. Steeples W, Miller D, 1998, Avoiding pitfalls in shallow seismic reflection surveys: Geophysics, 63, 1213-1224.

8. Johann W. Sattlegger. Migration Velocity Determination. Part I. Philosophy. Geophysics, vol 40, No 1, 1975. ШИЗ

Ярославцев Александр Геннадиевич (Yaroslavtsev A.G.) - кандидат технических наук, заведующий сектором моделирования сейсмоакустических процессов ГИ УрО РАН, E-mail: coolsteps@gmail.com

Жикин Александр Андреевич (Zhikin A.A.) - аспирант, инженер отдела активной сейсмоаку-стики ГИ УрО РАН, E-mail: alexzhikin@gmail.com