Программа ZondST2d для двумерной интерпретации данных сейсмотомографии (первые вступления) и МПВ

Программа ZondST2d предназначена для двумерной обработки и интерпретации данных сейсмической томографии на преломленных волнах и КМПВ в наземном, скважинном, межскважинном и акваторном вариантах. Кроме этого в программе реализованы следующие модули:

• MASW – обработка и интерпретация данных поверхностных волн
• КМПВ – произвольная слоистая среда
• инверсия амплитуд
• анизотропия сейсмических скоростей
• сейсмическая томография на временах прихода отраженных волн.

В геофизическую терминологию термин сейсмическая томография вошел давно. Это связано с тем, что одна из основных задач в сейсмике – обратная кинематическая. Она заключается в определении скоростных характеристик исследуемой среды по известным временам пробега рефрагированных волн от пункта возбуждения сигнала до пункта его регистрации. То есть кинематическая сейсмотомография использует времена пробега сейсмических волн для восстановления структур в земных недрах, которые проявляются в виде вариаций сейсмических скоростей. Наибольшую популярность в инженерной геофизике получила межскважинная сейсмотомография. Данное направление используется для детального исследования структуры массива горных пород в межскважинном пространстве.

Корреляция первых вступлений преломленных волн в ZondST2d

ZondST2d представляет готовое решение для сейсмической томографии и решает широкий спектр задач от математического моделирования и анализа чувствительности, до обработки и интерпретации полевых данных. Удобный интерфейс и широкие возможности представления данных позволяют максимально эффективно решить поставленную геологическую задачу.

Модуль MASW. Обработка данных поверхностных волн. ZondST2d

Программа разбита на два основных модуля и несколько дополнительных. Первый предназначен для пикирования первых вступлений (корреляции) на сейсмограммах. Второй используется для решения прямой и обратной задачи сейсмотомографии.

Для обработки сейсмограмм разработан специальный интерфейс, призванный максимально упростить и автоматизировать процесс пикирования первых вступлений. Основой упор сделан на разнообразие способов визуализации и доступность часто используемых функций. В данном модуле пользователь может одновременно пикировать несколько типов волн Vs, Vp рефрагированных и до 3-х отраженных. Обработка материалов оптимизирована для совместного использования продольных и поперечных преломленных волн.

При решении прямой задачи трассировки лучей используется специальный алгоритм теории графов (Shortest path’s method). Этот метод позволяет рассчитать кратчайший путь, по которому проходит рефрагированная волна. Комбинация траекторий лучей минимального пробега от источника и приемника к отражателю позволяет построить путь отраженной волны для каждой границы. В качестве точки отражения выбирается участок границы с минимальным суммарным временем пробега от источника и приемника.

Данный алгоритм характеризуется высокой скоростью расчетов и контролируемой точностью. Прямая задача, то есть алгоритм трассировки луча реализован в трех вариантах:

• Лучевое приближение. Постоянная скорость внутри ячейки.
• Лучевое приближение. Линейное измерение скорости внутри ячейки. Скорости задаются в узлах.
• Моделирование лучевого канала переменного радиуса. Линейное измерение скорости внутри ячейки. Скорости задаются в узлах.

Инверсия дисперсионных кривых MASW в ZondST2d

Модуль сейсмотомографии позволяет получать скоростные разрезы, как по продольным, так и по поверхностным волнам, что необходимо при сейсмическом районировании. Источники и приемники могут быть расположены на поверхности земли, в скважинах, на дне или на поверхности водоема. Возможно использование модуля для интерпретации данных вертикального сейсмического профилирования (ВСП). Наряду со скоростными разрезами реализован алгоритм восстановления распределения анизотропии скоростей. В программе используется простейший вариант коэффициента анизотропии сейсмических скоростей – отношение Vx к Vz. Учет анизотропии очень важен, особенно при интерпретации межскважинных измерений. Модуль «Слоистая среда» предназначен для получения произвольно – слоистых разрезов по данным метода преломленных волн или отраженных волн. Скоростной разрез задается набором слоев с произвольной геометрией границ и произвольным распределением скорости вдоль профиля в каждом слое. Сложность геометрии границ контролируется количеством узлов. Любая граница может быть отражающей и преломляющей, либо только преломляющей. К преимуществам данного варианта модели следует отнести возможность совместной интерпретации P и S волн в рамках одной геометрии границ. Также его удобно использовать при разреженной системе наблюдений (КМПВ). В программе реализовано точное решение для произвольно-слоистой среды. Это означает, что в отличие от метода t0, где волна всегда «бежит» по преломляющей границе, луч распространяется по принципу Ферма, который правильно описывает физику процесса. Модуль позволяет моделировать времена прихода преломленных и отраженных волн, а также решать обратную задачу наблюденных времен совместно и по отдельности.

Инверсия данных сейсмической томографии и построение геологического разреза

Набирающий популярность в инженерной сейсморазведке метод MASW, основанный на анализе распространения поверхностных волн, реализован в одноименном модуле. В результате обработки полевых данных могут быть получены вертикальные профили поперечных скоростей. Методика полевых наблюдений MASW практически не отличается от стандартных, то есть не требует дополнительных измерений. Поэтому скоростные разрезы Vs могут быть получены непосредственно из данных МПВ или МОВ. В программе реализован полный цикл обработки данных от получения дисперсионных кривых до построения скоростных разрезов, поддерживается мультимодальный режим. Модуль «Инверсия амплитуд» реализует алгоритм «Attenuation tomography» и позволяет получить разрез параметра затухания Q в среде из значений амплитуд первых вступлений. Задача решается на базе предварительно полученного скоростного разреза. Значения амплитуд первых вступлений пикируются параллельно с временами.

ZondST2d использует простой и понятный формат данных, позволяющий легко совмещать различные системы наблюдений, включающий различные варианты задания рельефа и другой вспомогательной информации. Также поддерживаются общеизвестные форматы данных.

Важным этапом, предваряющим полевые измерения, является математическое моделирование скоростного строения участка работ. Моделирование дает возможность оценить разрешающую способность и осуществить выбор оптимальных параметров установки для решения поставленной геологической задачи. Реализовано два варианта моделирования данных сейсмотомографии — в сеточном или полигональном режиме.

Так как основной задачей программы является восстановление параметров скоростного разреза – в ZondST2d реализовано несколько вариантов решения обратной задачи, важнейшими из которых являются: сглаживающая инверсия – для получения гладкого, блочная для получения блокового и фокусирующая–для получения кусочно-гладкого распределения скоростных параметров с глубиной.

Обработка данных МПВ для произвольно слоистой модели в ZondST2d

При разработке программы особое внимание уделено учету априорной информации. Ввиду эквивалентности обратных геофизических задач, качество получаемых результатов напрямую зависит от количества используемых априорных данных. В ZondST2d имеется возможность назначения весов измерениям, закрепления и задания пределов изменения свойств отдельных ячеек, использования априорной модели, как опорной при инверсии. Кроме этого в программе реализованы робастные схемы оценки шумовой составляющей. Также имеется возможность импортировать и отображать результаты измерений другими методами и скважинные данные, что способствует более комплексному подходу к интерпретации данных. Дополнительный модуль гравиразведка и магниторазведка позволяет эффективно комплексировать данные методы со скоростным разрезом на основе единого каркаса. Каркас строится на базе разреза полученного по данным сейсмотомографии, а затем наполняется плотностными и магнитными свойствами в автоматическом или ручном режиме.

Подбор параметра анизотропии скоростей и коэффициента затухания сейсмических волн