Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Определение скоростных и глубинных параметров среды является одной из основных целей сейсморазведки МОВ. Долгое вреіля это была единственная ее задача, но по мере развития методов интерпретации динамики записи круг решаемых сейсморазведкой проблем существенно расширился - от прогнозирования вещественного состава пород до контроля за разработкой нефтяного месторождения. Тем не менее, задача определения скоростного и глубинного строения разреза, перестав быть единственной, по-прежнему играет центральную роль в сейсмическом методе разведки. Это связано, во-первых, с тем, что и пластовые скорости и геометрия среды (в том числе, взаиморасположение отражающих границ внутри выделенной пачки) являются существенными информативными параметрами в полном наборе характеристик среды, таких как поглощение, анизотропия и так далее, по которым прогнозируются тонкие свойства геологического разреза. А, во-вторых, конечной целью детальной сейсмической разведки является передача "объекта" под бурение, что предполагает, естественно, указание его расположения в пространстве.
В решении структурных задач сейсморазведки участвует большое количество процедур, входящих в граф обработки сейсшіческих наблюдений. Некоторые из них (как, например, определение пластовой мо-де*ш среды или глубинная миграция) непосредственно обеспечивают вычисление целевых характеристик и в этом смысле выглядят основными. Другие (скажем, нахождение кинематических параметров отраженных волн) доставляют промежуточные параметры и поэтому воспринимаются как вспомогательные. Однако все они в равной мере влияют на точность глубинных построений и поэтому должны быть включены в общую теорию методов определения скоростных и глубинных.' параметров разреза'.
Центральное место в проблеме структурных построений по данным МОВ занимает обратная кинематическая задача сейсморазведки. Традиционно под ней понимается нахождение пластовых скоростей и конфигурации разделяющих пласты границ в рамках "толстослоистого" разреза. Ведущая роль обратной кинематической задачи определяется тем,' что она является по существу единственным источником информации о детальном скоростном строении среды. В постановке и исследовании этой задачи важную роль сыграли работы Г.А.Гамоурцева, Ю.В.Ризниченко, Н.Н.Пузырева, И.Н.Берзон, А.М.Ешшатьевой, А.И.Бо-
гданова, А.К.Урупова, С.В.Гольдина, Б.Я.Гельчинского, Т.И.Обло-гиной, А.Н.Левина, В.М.Гурьянова, А.А.Маловичко, Э.А.Бляса, К.Дик-са, П.Шаха, а в разработке современных конструктивных способов решения обратной кинематической задачи - работы С.В.Гольдина, B.C.Черняка, С.В.Гриценко, Д.Н.Судварга, А.Д.Урупова, А.В.Невинного, Г.Н.Гогоненкова, В.И.Мешбея, З.Н.Лозинского, П.Хубрала.
Основные усилия при этом направлены на создание алгоритмов решения обратной задачи по реальным сейсмическим данным, а также исследование их свойств (единственности решения, зависимости от погрешностей в наблюдениях и тому подобных).
Значительно'меньше изучено, как влияет на результат решения обратной задачи неадекватность реальной среды и модели, в рамках которой определяются скоростные и глубинные параметры разреза. В той или иной мере эти вопросы всегда находились в круге интересов сейсморазведчиков (Ю.В.Ризниченко, 1985, С.В.Гольдин,1979, А.А.Маловичко, 1984). Однако в настоящее время накопился еще огромный практический опыт эксплуатации производственных программ, созданных для решения обратной кинематической задачи в рамках слоисто-однородной модели среды. Он показывает, что нередко результаты глубинных построений приходят в противоречие с данными бурения, хотя обработка выполнялась вполне квалифицированно по сейсмическим материалам хорошего качества. Анализ таких ситуаций приводит к заключению, что дело заключается в слишком упрощенном описании реальной среды. Поэтому исследование проблем, связанных с неадекватностью среды и модели.которая используется для конструктивного решения обратной кинематической задачи важно с точки і рения "стратегии" дальнейших действий: следует ли совершенствовать алгоритмы, основанные на представлении о разрезе как слоисто-однородном, а также методику применения таких алгоритмов или необходимо ввести в рассмотрение модели неоднородной среды.
Все упомянутые проблемы (существование, единственность и корректность решения, а также конкретные способы определения скоростных и глубинных параметров разреза) еще более актуальны в быстро развивающихся методах обработки площадных наблюдений. В этой области тлеются и конструктивные результаты (А.К.Урупов, А.В.Невинный, 1977, С.А.Гриценко, 1986, Т.И.Облогина, 1988) и некоторые исследования особенностей решения 3-х мерной обратной кинематической задачи (С.А.Васильев, А.К.Урупов, 1978). Однако многие вопросы, касающиеся специфики этой задачи (в частности,
зависимости решения ">т степени неоднородности среды) и создания алгоритмов обработки производственных данных нуждаются в дальнейшем развитии.
Если возможности определения скоростей в среде по данным метода отраженных волн практически исчерпываются решением обратной кинематической задачи, то этого не скажешь про глубинные построения. Более того, с позиций детальных глубинных построений информация, получаяющаяся в результате решения этой задачи, сильно обеднена по сравнению с имеющейся на временном разрезе. При выборе исходной толстослоистой модели задаются протяженные, уверенно коррелирующиеся синфазности, допускающие к тому же надежное определение кинематических характеристик отраженных волн (таких обычно набирается 5-Ю) и только они и представляют окончательный глубинный разрез. Бее "заполнение" этих толстых слоев, имеющееся на временном разрезе и несущее значительную долю информации для содержательной геологической интерпретации сейсмических наблюдений, теряется при решении обратной кинематической задачи. Исправить это положение позволяет так называемая процедура миграции, представляющая собой преобразование исходного временного разреза в динамический глубинный разрез при заданном скоростном строении среды. Основополагающие работы на эту тему принадлежат Ю.В.Тимошину; они развивались трудами С.А.Васильева, В.И.Мешбея, С.В.Гольдина, Е.А.Козлова, Г.И.Петрашеня, С.А.Нахамкина, Г.М.Цибульчика, Дж.Кла-ербоута, Э.Робинсона и других. В аспекте повышения точності, динамических глубинных построений главная и не полностью разрешенная с практической точки зрения проблема заключается в учете сложной скоростной модели среды (в частности, содержащей преломляющие границы).
Решению обратной кинематической задачи предшествуют в графе обработки сейсмических наблюдений процедуры корреляции отражений от опорных границ и определения по ним кинематических параметров волн. Предварительно запись подвергается различным фильтрациям, подавляются волны-помехи и корректируются статические поправки. Все названные процедуры оказывают влияние на точность вычисления кинематических параметров волн, но особенно это касается последней из них в силу специфических особенностей задачи коррекции (так называемой проблемы "длиннопериодной статики"). Этому вопросу посвящено в научной литературе большое количество работ.(Ю.П.Шварцман, В.Б.Левянт, В.С.Карапыш, В.С.Козырев, И.К.Кондратьев, А.В.Михаль-
_ 4 -
цев, Т.М.Митрофанов, А.Зелаи, Ю.Шаги, Р.Виггинс, К.Ларнер и др.). Тем не менее, разработка эффективных и технологичных способов коррекции статических поправок без искажения кинематических характеристик отраженных волн все еще остается актуальной проблемой.
Поскольку алгоритмы, использующиеся при решении структурных задач сейсморазведки МОВ, всє.'да исходят из некоторых модельных представлений о сейсмическом сигнале, реальной среде и так далее, то крайне важно исследовать к каким последствиям приводит игнорирование в обычно применяющихся сравнительно простых моделях тех или иных особенностей реальной записи. Как правило это невозможно сделать аналитически, так как отсутствуют конструктивные способы решения задач в сложных моделях среды и эффективными оказываются численные методы: изучение результатов применения существующих алгоритмов к данным,рассчитанным в более сложной модели, чем "заложенная" в соответствующие способы. Естественно, это предпста-гает уменье численно решать прямые задачи сейсморазведки в сложных моделях реальной среды, чему посвящено большое количество работ (А.С.Алексеев, Б.Г.Михайленко, Г.Н.Гогоненков, Л.А.Ратникова, Т.Б.Яновская, С.В.Гольдин, Э.А.Бляс, Б.М.Каштан, В.И.Мешбей, С.А. Гриценко, Т.И.Облогина, И.С.Иткин, Т.М.Жукова и многие другие). Дальнейшее совершенствование численных методов решения прямых задач сейсморазведки представляется важной проблемой.
Определение скоростного и глубинного строения разреза по данным сейсмической разведки МОВ осуществляется с помощью большого количества непростых процедур к тому же сложно взаимодействующих друг с другом. Поэтому несмотря на все усилия, предпринимаемые для повышения надежности решения этой задачи в сложных сейсмо-геологи-ческих условиях, невозможно полностью гарантировать' положительный результат. Дополнительные возможности оценить достоверность выполненных структурных построений до передачи объектов поиска в дорогостоящее глубокое бурение кроются в использовании опыта сейсмической разведки на площадях,' расположенных в сходных условиях и где уже известны результаты бурения. Подобные апостериорные оценки, основанные на методах математической статистики, развивались в работах В.Х.Кивелиди, М.Е.Старобшща, Е.А.Козлова, В.Н.Трояна, С.В.Гольдина и других. Этот подход важен именно тем, что появляется возможность учитывать в совокупности все факторы, влияющие на точность глубинных построений.
Таким образом актуальной является разработка теории определения скоростных и глубинных параметров среды, включающей в себя: анализ существующих процедур и сопоставление способов, имеющих одинаковое назначение для их усовершенствования и создания новых алгоритмов; изучение в совокупности всех процедур, обеспечивающих выполнение структурных построений по данным МОВ .; взаимосвязей между ними для создания методик, использующих эти связи с целью повышения точности определения глубинного разреза, построение апостериорных оценок достоверности вычисления параметров среды. Важную роль в такой теории должны играть проблемы неадекватности моделей, в рамках которых решаются конкретные задачи и объектов, описывающихся этими моделями. При этом необходимо возможно более полно учесть свойства реальных сейсмических наблюдений - ограниченность баз регистрации сигналов, дискретность записи (как во времени, так и в пространстве), конечную точность определения исходных данных, особенности систем сейсмических наблюдений.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в:
исследовании основных процедур, обеспечивающих определение скоростных и глубинных параметров среды по данным сейсморазведки МОВ и взаимосвязей между ними,
изучении влияния неадекватности реальной среды ж слоистой' локально-однородной модели, в рамках которой в большинстве прак-ти .эских алгоритмов решается обратная кинематическая задача, на точность вычисления искомых параметров,
использовании результатов теоретических исследований, для создания новых конструктивных способов решения структурных задач сейсморазведки методом отраженных волн,
разработке методик, использующих особенности различных алгоритмов и процедур обработки и связи между ними для повышения точности определения скоростных и глубинных параметров среды,
разработке апостериорных оценок адекватности среды и модели, использующейся для решения обратной кинематической задачи, а также достоверности структурных построений.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертации получены следующие новые результаты:
- сформулировано в детерминированной постановке понятие кор
ректности решения обратной кинематической задачи МОВ при вариации
модели, в которой она решается (названное структурной устойчи-,
востью). Доказано, что решение плоской и пространственной обратных
г-ть
задач в слоисто-однородной модели структурно неустойчиво, если реальная среда является существенно неоднородной; доказано, что 3-х мерная обратная задача "более структурно устойчива", чем 2-х мерная в том смысле, что при одинаковой степени неоднородности среды она дает .более правильное положение отражающей,границы;
- предложены и теоретихески исследованы два конструктивных
способа послойного решения ^обратной кинематической задачи: способ
взаимных точек и d - способ; доказано, что второй из них остает
ся корректным и чв трехмерной среде.
Получено достаточное условие сходимости, итеративного способа решения обратной задачи;
- сформулирована задача идентификации слоя как однородного
и предложено ее решение, позволяющее контре лровать правомерность применения локально-однородной модели среды для решения обратной кинематической задачи по реальным наблюдениям;
предложены и обоснованы методики обработки сейсмических наблюдений,, позволяющие повысить точность определения искомых параметров: "полупослойный" пересчет - для нахождения при решении обратной кинематической задачи более правильной конфигурации глубоко залегающих отражающих границ ж граф кинематино-динамического преобразования - для повышения точности динамического глубинного разреза;
разработан споерб ступенчатой миграции, позволяющий легко учитывать в практическом алгоритме сложную скоростную модель среды (в частности, наличие в разрезе преломляющих границ) и обеспечивающий требуемую динамику записи на преобразованном разрезе;
исследована четырехфакторная модель коррекции статических поправок при профильных наблюдениях: найден ее дефект для различных систем наблюдений и изучена обусловленность матрицы системы. Как следствие предложена интерполяционная модель коррекции, обеспечивающая определение статических поправок без искажения кинематических параметров отраженных волн;
предложена сеточная схема для- решения прямой двумерной динамической задачи сейсморазведки в среде с переменными упругими параметрами и наличием поглощения; получено условие корректности этой схемы;
предложена математическая модель для оценки достоверности структурных построений на некоторой площади, на которой проведены детальные сейсмические работы с помощью другій площадей, находя-
щихся в сходных сейсмо—геологических условиях и на которых кроме сейсмических данных тлеются еще результаты глубокого бурения.
Предложенные в работе конструктивные алгоритмы и методики обработки сейсмических наблюдений позволяют повысить точность определения скоростных и глубинных параметров ср^ды особенно в районах со сложными сейсмогеологическими условиями.
Все рассмотренные в работе алгоритмы реализованы в виде исследовательских и производственных программ, либо автономных, либо включенных в созданные в ЦГЭ МНП обрабатывающие комплексы: система цифровой обработки данных сейсморазведки (СЦС-3), система расчета скоростной модели среда (РСМ), система оценки достоверности структурных построений (ОДТЖ), которые используются в производственных трестах главного управления промысловой, и полевой геофизики МНП и многих организациях Мингео. ч
Алгоритмы решения обратной кинематической, задачи (способ взаимных точек и R- способ), а также интерполяционный алгоритм коррекции статических поправок явились-предметом трех многосторонних контрактов между странами-членами СЭВ (СССР, БНР, ВНР, ГДР, ПНР и ЧССР).
Соответствующие программные, комплексы внедрены в этих странах.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты, полученные в работе, докладывались, на Международных научных семинарах стран-членов СЭВ по исследованиям и разработкам в области нефтяной геофизики, организованных Координационным центром "Интергеофизика" (Москва, 1977, Ереван, 1981, Баку, 1984, Суздаль, 1986), на XXX Международном геофизическом симпозиуме (.Москва, 1985), Всесоюзных конференциях научно-технического совета МНП (Гомель, 197.7, Пермь, 1983, ' Москва, 1985), Всесоюзном методологическом семинаре (Новосибирск, 1984), Всесоюзном семинаре "Актуальные проблемы интерпретации данных сейсморазведки" (Ленинград, 1988), совместных семинарах ЛОШ и ЛГУ (Ленинград, 1983, 1986), семинарах по экспериментальной и теоретической сейсмике МГУ (Москва, 1983, 1988), ряде рабочих встреч специалистов по плану реализации контрактных работ (Краков, 1976, 1980, Лейпциг, 1977, 1979, Будапешт, 1983, 1984, София, 1986, Брно, 1978, 1984).
По темам, входящим в круг вопросов, рассмотренных в работе под официальным руководством автора, защищены две кандидатские
диссертации.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации опубликованы в 31 работе.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 222 страницы машинописного текста, включая 19 рисунков l список литературы из 71 наименования.
Автор глубоко признателен коллегам и соавторам по ряду исследований и разработок Г.Н.Гогоненкову, В.И.Мешбею, А.Р.Хачатряну, С.Л.Лангману, Д.Б.Финикову, М.Р.Райману, М.И.Цейтлину, а также П.Б.Милюкову и В.Г.Штырковой за программную реализацию некоторых алгоритмов.