Вычислительная технология изучения гетерогенных сред земной коры по динамическим характеристикам локальных волновых пакетов

На правах рукописи

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ

ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕД ЗЕМНОЙ КОРЫ

ПО ДИНАМИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

ЛОКАЛЬНЫХ ВОЛНОВЫХ ПАКЕТОВ

(по данным профильных глубинных сейсмических наблюдений МОВ-ОГТ)

Специальность 05.13.18 – Математическое моделирование,

численные методы и комплексы программ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск - 2006

Работа выполнена в Новосибирском государственном архитектурно - строительном

университете НГАСУ (Сибстрин)

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук

Кандидат физико-математических наук

Ведущая организация: Югорский научно-исследовательский

институт информационных технологий

Защита диссертации состоится 19 декабря 2006 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 003.061.02 при Институте вычислительной математики и математической геофизики СО РАН по адресу: г. Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН

Автореферат разослан 17 ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета д. ф.-м. н.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Бурное развитие средств вычислительной техники и связанных с ней информационных технологий обеспечивает рост эффективности современной производственной базы геофизических исследований. Сейсмические методы исследования имеют преимущество перед другими геофизическими методами по детальности и достоверности, получаемой при их использовании, информации о структуре слоев земной коры. Открытие большинства нефтяных и газовых месторождений на суше и в морских акваториях стало возможным благодаря высокой эффективности сейсморазведки. Роль вычислительной техники и информационных технологий в сейсмических исследованиях трудно переоценить учитывая, что уже во второй половине прошлого столетия объемы обрабатываемых сейсмических данных оценивались астрономическими числами [, Цибульчик проблемы вычислительной математики и математического моделирования. – Новосибирск: Наука, 1985 г.].

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Результатами сейсморазведочных работ и обобщающими геологическими исследованиями последних лет доказана принципиальная возможность открытия промышленных углеводородных скоплений на больших глубинах (более 4-5 км), в том числе значительных по запасам. Дальнейшая задача прогноза и поисков глубокозалегающих залежей УВ зависит от степени изученности условий и факторов формирования и размещения таких объектов. В этой связи проблема выявления особенностей строения земной коры, тектонических обстановок в ее глубоких частях, влияющих на формирование залежей УВ на больших глубинах, приобретает особую актуальность. Полученные в последнее время многочисленные глубинные сейсмические данные показали, что строение консолидированной земной коры, обусловленное неоднородностями различной геологической природы, отличается от горизонтально слоистого. На глубинных разрезах ОГТ не установлено отражающих границ, расположенных ниже 4 - 5 сек и имеющих региональную протяженность. Наблюдаются лишь хаотически расположенные отражающие площадки с длиной, соизмеримой с первой зоной Френеля. Они образуют вертикально и латерально неоднородные зоны насыщения коры отражателями. В этом случае важно выбрать модель, соответствующую выявленному строению геологической среды, и применять адекватные алгоритмы обработки сейсмических данных с целью получения информативных характеристик земной коры.

Общим подходом к обработке глубинных сейсмических данных в настоящее время является то, что в основу закладывается гетерогенная сейсмическая модель земной коры [, Рабинович сейсморазведка. Москва: ,2000]. Процесс обработки сейсмических данных при этом ориентируется на статистические методы вычисления интегральных характеристик разреза: динамических, энергетических, спектральных. Эти характеристики используются для последующего многофакторного разделения полей сейсмических атрибутов на области однородности. Как было отмечено [Пузырев и объекты сейсмических исследований. Н-ск: Изд-во СО РАН, 1997], «…в сейсмологии отчетливо обозначилась тенденция возможно полного использования динамических характеристик волн (амплитуд, спектров, импульсов и др). Это направление, безусловно, должно получить еще большее развитие в будущем». Изучению динамических характеристик сейсмических данных способствует в настоящее время наличие хорошо калиброванных сейсмограмм, предоставляющих данные об отражениях в истинных амплитудах. Именно это обстоятельство делает возможным волновой подход, при котором в качестве исходных данных используются: форма отраженного волнового пакета, время и знак вступления, максимальная амплитуда, спектральные и энергетические характеристики отраженной волны.

Одним из ключевых способов получения информации о свойствах объектов неоднородной среды является выделение и исследование формы отраженных волновых пакетов (сигналов) на разрезе ОГТ. Чувствительным параметром, характеризующим свойства неоднородных горных пород, принято считать затухание амплитуды сигнала. Это явление связано с повышенной трещиноватостью, разломами и разрушениями в среде, а также заполнением порового пространства флюидами различного происхождения, что делает затухание амплитуды сигнала, поглощение энергии на высоких частотах актуальным явлением с точки зрения прогноза месторождений. В настоящей работе предложен алгоритм и вычислительная технология расчета куба спектральных амплитуд сейсмических сигналов в пространстве временной и латеральной координат сейсмического профиля и частоты (t, x, f). Особенностью предложенного технологического решения является вычисление локального волнового пакета произвольной формы на разрезе ОГТ в бегущем окне с размером, согласованным с масштабом выявляемых неоднородностей. Визуализация куба спектральных амплитуд в виде среза на определенной частоте f = Const или в интересующем интервале частот позволяет исследовать эффекты затухания амплитуд сейсмических сигналов. Обработка данных выполняется с использованием разработанного специализированного программного комплекса StreamSDS [3, 4, 6]. В настоящее время изучение глубинного строения Восточной территории России для развития ее минерально-сырьевой базы стало приоритетной задачей Министерства Природных Ресурсов Российской Федерации. С 1994 г. и по настоящее время в России создается государственная сеть опорных геофизических профилей для обеспечения широкого круга недропользователей информацией о строении недр. Автор диссертационной работы принимает участие в глубинных исследованиях, проводящихся в настоящее время на опорных профилях: 2-ДВ, 3-СБ.

В диссертации представлены результаты применения разработанного автором алгоритма и вычислительной технологии StreamSDS для диагностики зон аномального затухания амплитуд спектров сейсмических сигналов в условиях гетерогенных сред земной коры. Полученные результаты хорошо согласуются с прежними представлениями о геологии исследуемых территорий, а также добавляют новые данные о строении земной коры и верхней мантии, интерес к которым обусловлен современными работами на нефть, газ и некоторые виды твердых полезных ископаемых [5, 9].

Цель исследований

Изучение строения земной коры по глубинным сейсмическим разрезам ОГТ на региональных и опорных профилях требует разработки специальных приемов обработки и анализа волновых полей, формирующихся в сложных гетерогенных средах.

Целью работы является создание алгоритма вычисления локальных пакетов отраженных волн по данным профильных глубинных сейсмических наблюдений МОВ-ОГТ и разработка компьютерной технологии анализа их динамических характеристик, в частности, одной из наиболее важных, - затухания амплитуды волн, являющейся прогнозным признаком при локализации месторождений полезных ископаемых.

Задачи исследований

1. Разработка и обоснование алгоритма вычисления локальной формы пакета отраженных, дифрагированных и рассеянных волн по данным профильных глубинных сейсмических наблюдений МОВ-ОГТ.

2. Численное исследование алгоритма определения формы локального волнового пакета на основе математического моделирования волновых образов сложных геологических сред с помощью синтетического разреза ОГТ.

3. Разработка технологии изучения динамических характеристик локальных волновых пакетов на глубинных разрезах ОГТ в условиях сложных гетерогенных сред земной коры.

4. Создание специализированного вычислительного программного комплекса StreamSDS и практическое использование его на материалах глубинных опорных профилей: 2-ДВ (г. Магадан – мыс Эммытаген), 3-СБ (Алтай - Северная Земля).

Фактический материал и методы исследований

Разработанное автором алгоритмическое и компьютерное обеспечение для исследования динамических параметров отраженных волн было опробовано:

¾ на дальневосточном опорном профиле 2-ДВ (г. Магадан – мыс Эммытаген, 2000 погонных километров, длительность регистрации наблюдений 25 сек);

¾ на опорном профиле Восточной Сибири 3-СБ (рассечка к профилю Алтай-Северная Земля, 300 пог. км, длительность регистрации наблюдений 24 сек);

Всего с помощью разработанной автором вычислительной технологии и специализированного программного комплекса обработано около 700 пог. км глубинных опорных сейсмических профилей. В работе применялись теоретические результаты в области исследования сейсмических сигналов, полученные акад. , , Аки и Ричардсом, , методы математического анализа и статистики.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Алгоритм вычисления локальной формы пакета отраженных, дифрагированных и рассеянных волн, формирующейся на разномасштабных неоднородностях в условиях гетерогенных сред земной коры, по данным профильных глубинных сейсмических наблюдений МОВ-ОГТ.

2. Технология исследования динамических (спектральных, энергетических) характеристик локальных волновых пакетов в условиях сложных гетерогенных сред земной коры.

3. Специализированный вычислительный программный комплекс StreamSDS, позволяющий:

¾ создавать и визуализировать матрицу локальных волновых пакетов,

¾ формировать куб амплитудных спектров локальных волновых пакетов в пространстве трех переменных t, x, f,

¾ получать и визуализировать двумерные срезы спектрального куба по любой из вышеперечисленных координат с целью анализа и разделения на области, однородные по спектральным и энергетическим характеристикам,

¾ диагностировать зоны затухания энергии отраженных волн на основе исследования срезов спектрального куба по частоте, позволяющего обнаружить эффекты, связанные с поглощением высоких частот, рассеянием и другими потерями энергии при прохождении сейсмического импульса в неоднородной толще пород.

4. Результаты применения специализированного программного комплекса на фрагменте дальневосточного опорного профиля 2-ДВ, на профиле 3-СБ в Восточной Сибири.

Научная новизна работы

Автором разработан алгоритм вычисления локальной формы волнового пакета по данным профильных глубинных сейсмических наблюдений МОВ-ОГТ. Это позволило впервые получить цифровые данные об изменении формы волнового пакета отраженных, дифрагированных и рассеянных волн, формирующегося в области локальной неоднородности гетерогенной среды; на основе исследования спектральных характеристик матрицы волновых пакетов диагностировать зоны аномального затухания энергии отраженных волн на разрезе ОГТ.

Автором впервые сформулированы методические приемы, позволяющие по спектральным и энергетическим характеристикам локальных волновых пакетов обнаружить эффекты, связанные с поглощением высоких частот, рассеянием и другими потерями энергии при прохождении сейсмического импульса в неоднородной толще пород.

Разработанные автором алгоритмы и методические приемы легли в основу специализированного программного комплекса StreamSDS, реализующего вычисление динамических характеристик отражений от локальных неоднородностей среды и диагностику зон затухания энергии отраженных волн на основе исследования срезов спектрального куба по частоте.

Практическое использование разработанного специализированного программного комплекса StreamSDS на материалах глубинных опорных профилей: 2-ДВ (г. Магадан – мыс Эммытаген), 3-СБ (Алтай - Северная Земля) позволило впервые составить предварительные геолого-геофизические и тектонические модели строения земной коры этих территорий.

Внедрение результатов работы

Специализированный программный комплекс StreamSDS внедрен в », что подтверждено Актом о внедрении (Приложение 1).

Проводящиеся в настоящее время автором работы по обработке и интерпретации материалов СГ-ОГТ опорного геофизического профиля 2-ДВ (г. Магадан – мыс Эммытаген, 2000 погонных километров) с использованием защищаемых алгоритмических и технологических разработок имеют положительные отзывы ведущей организации ВСЕГЕИ, г.Санкт-Петербург. Рекомендация к дальнейшему применению вычислительного программного комплекса StreamSDS зафиксирована в Решениях Комиссии Министерства природных ресурсов РФ по надзору за выполнением работ (от 22.09.06 г.) по Договору о научном сопровождении региональных геолого-геофизических работ на территории Магаданской области и Чукотского автономного округа.

Созданная автором вычислительная технология, реализованная в комплексе StreamSDS применяется в настоящее время для выполнения договоров с Федеральным агентством по недропользованию РФ, Территориальным агентством по недропользованию по Красноярскому краю по созданию опорного профиля 3-СБ «Алтай – Северная Земля».

Апробация работы

Основные результаты по теме диссертационной работы доложены на:

1. Всероссийском семинаре «Методы, технические средства, методика обработки и интерпретации геолого-геофизических исследований при создании государственной сети опорных геофизических профилей», г. Новосибирск,10-13 сентября 1999 г.,

2. Геофизической научно-практической конференции: «Проблемы повышения эффективности применения геофизических исследований при поисках, разведке, разработке и эксплуатации месторождений нефти и газа в Западной Сибири», г. Тюмень, 16-18 сентября 2003г.

3. 62-й научно-технической конференции, посвященной 75-летию НГАСУ (СИБСТРИН). – Новосибирск: НГАСУ, 2005

4. VII Международной конференции «Новые идеи в науках о земле» в Москве, 2005

5. 2-ом Международном симпозиуме «Активный геофизический мониторинг литосферы земли, 12-16 сентября, Академгородок, Новосибирск, 2005 г.

6. Международной конференции «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании» Казахстан, Павлодар, 20-22 сентября 2006 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 печатных научных работ. Из них одна монография и три статьи в рекомендованных ВАК научных журналах.

Личный вклад автора диссертации

В работах 3, 4 научному руководителю принадлежит постановка задач и руководство работой. В работе 6 принадлежит программная реализация разработанных алгоритмов. В работе 9 принадлежит геологическая и тектоническая интерпретация результатов применения специализированного программного комплекса StreamSDS на материалах опорного профиля 2-ДВ. В остальных перечисленных работах соавторам , , Сальникову принадлежит предоставление цифровых сейсмических данных по глубинным разрезам ОГТ опорных профилей 2-ДВ и 3-СБ и геологический анализ результатов. Работы 1, 2, 10, 11 посвящены созданию и применению системы РЕАПАК; руководящая роль принадлежит , алгоритмическое обеспечение отдельных блоков системы, тестирование программ и их использование –

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и 2-х приложений, содержит 133 страницы машинописного текста и 44 рисунка. Библиография включает 79 наименований.

Введение

Во введении излагается современное состояние исследуемой проблемы, обосновывается актуальность, научная новизна и важность полученных в диссертации результатов, определяется их место среди близких научных исследований.

Глава 1. Физические и математические основы сейсмических исследований строения земной коры

В данной главе дается краткое описание математических моделей, используемых для изучения распространения упругих волн в среде и область их физического применения. Для гетерогенных сред, являющихся предметом диссертационного исследования, выполняется анализ применимости классических и статистических методов обработки и интерпретации геофизических данных.

Сейсмические модели по существу являются математическими. Изложим основные положения теории, следуя [Аки, 3]. Физические предпосылки для создания модели содержат:

¾ уравнение движения под действием объемной силы : , где - функция смещения, - компоненты тензора напряжений в точке ;

¾ современное обобщение закона Гука, заключающееся в утверждении, что каждая компонента тензора напряжений есть линейная комбинация всех компонент тензора деформаций: , где - компоненты тензора деформаций в точке , величины - упругие постоянные, независимые от деформаций. Наиболее продуктивной моделью в настоящее время считается модель Земли как вертикально-неоднородного изотропного полупространства или шара. В этом случае модель неоднородна в вертикальном направлении и упругие постоянные выражаются через константы Ламе , при этом упругие постоянные и плотность среды являются изменяющимися функциями глубины: .

¾ первый закон термодинамики, утверждающий, что тело обладает внутренней энергией , которая может изменяться при его деформировании: , где - приток тепла извне. То есть, скорость увеличения внутренней энергии = скорость разогрева + скорость выполнения механической работы. Если приток тепла пренебрежимо мал, то , где Т – абсолютная температура, S – энтропия в единице объема. Таким образом, энтропия и компоненты деформаций являются параметрами, определяющими внутреннюю энергию среды.

Земля – неидеально упругая среда в том смысле, что малые движения частиц, вызываемые распространяющейся волной, ведут к необратимым потерям энергии волн из-за наличия множества различных механизмов диссипации. Вызванное диссипацией затухание распространяющейся волны удобно описывать с помощью параметра Q(добротности): , или если амплитуда волны (при линейном соотношении между напряжением и деформацией) . Получаем экспоненциальное затуханиие амплитуд сигнала во времени и в пространстве .

Глава 2. Обратная задача в сейсмике отраженных волн

В данной главе дается краткое описание известной методики суммирования по ОГТ и ее модификации в случае сверхглубинных данных, содержащих наблюдения о приходе волн до времени 50 сек. Приводится точное решение обратной задачи сейсмики в случае нормального падения волн на плоско-параллельную однородную изотропную среду, а также формулы для вычисления коэффициентов отражения и преломления продольной волны на границе двух сред. Описан граф современной динамической обработки для получения итогового суммарного разреза ОГТ «в истинных амплитудах».

В § 2.3 представлено решение обратной задачи сейсмики на отраженных волнах в случае их нормального падения на однородную изотропную среду.

Уравнение движения для одномерного случая: , где - плотность, - упругая постоянная, равная для продольных волн сжатия , а - постоянная сжатия Ламе, - постоянная сдвига Ламе.

Если среда состоит из отдельных однородных слоев, то для i-го слоя уравнение движения примет вид , где - константы слоя. Тогда решение запишется в виде , где .

Удобно выбрать мощность слоев таким образом, чтобы время пробега в каждом слое оставалось постоянным: . Такая дискретная среда удобна в том отношении, что смещение можно выразить в виде последовательности импульсов, существующих только в дискретные моменты времени, разделенные промежутком : . Преобразование Фурье будет иметь вид . Если положить , то получим выражение , называющееся z-преобразованием.

В § 2.5 рассматривается преобразование данных в современном процессе динамической обработки сейсмического разреза ОГТ. Предполагая, что в случае близвертикальных отражений все типы волн имеют одинаковую форму, записано математическое выражение сейсмической трассы ОГТ:

где - независимые от времени коэффициенты нормировки, - функции, выражающие затухание энергии полезных отраженных волн и волн-помех соответственно, - коэффициенты отражения для однократно-отраженных и многократных, дифрагированных, рассеянных, обменных волн всех типов соответственно.

Математическое выражение трассы с точки зрения учета факторов, искажающих динамические параметры отраженных волн, является достаточно общей моделью сейсмической трассы как реализации нестационарного случайного процесса.

Одним из идеальных результатов динамической обработки принято считать получение динамического временного разреза, трассы которого с необходимой степенью точности описываются моделью плоских однократно-отраженных по нормали к границе волн. Это означает, что модель трассы в процессе динамической обработки сейсмического материала должна быть преобразована к виду

, где .

Глава 3. Изучение гетерогенных сред земной коры по динамическим характеристикам локальных волновых пакетов

В данной главе доказывается необходимость совершенствования математических моделей, применяемых для гетерогенных сред. Модель выступает как средство адекватного качественного описания изучаемых объектов и как мера количества информации, извлекаемой из них. Приведены примеры отображения на сверхглубинном сейсмическом разрезе МОВ-ОГТ гетерогенной земной коры. Вводится понятие локального пакета отраженных, дифрагированных и рассеянных волн. Предложен алгоритм вычисления локальной формы волнового пакета на разрезе ОГТ. Основные идеи разработанного алгоритма определения локальной формы пакета отраженных, дифрагированных и рассеянных волн:

¾ Алгоритм основан на синфазном суммировании отдельных волновых пакетов , выявленных в пределах участка сейсмического разреза (окна размером, соответствующего области D неоднородности с характерным размером , которая служит объектом геологического интереса. Алгоритм исключает зависимость полученной итоговой формы волнового пакета от взаимного геометрического расположения отдельных волновых пакетов в пределах фрагментов трасс сейсмического разреза, так как все волновые пакеты суммируются синфазно.

¾ В качестве точек синфазного суммирования волновых пакетов во фрагменте сейсмической трассы выбираются положения максимумов огибающей модуля сейсмической трассы : . Локальные максимумы огибающей соответствуют максимальным амплитудам отдельных волновых пакетов. Их разделение обеспечивается наличием окрестности у каждого локального максимума. Временная длительность волнового пакета задается окрестностью, которая окружает точку суммирования в равных или неравных пропорциях: (), где - радиусы окрестности.

¾ Выделенный волновой пакет нормируется на максимальную амплитуду , где ().

¾ Суммирование полученных таким образом волновых пакетов в пределах окна для вычислений позволяет получить устойчивую осредненную форму отраженного волнового пакета на локальном участке сейсмического разреза , где n – количество волновых пакетов в пределах окна вычислений.

¾ Далее в цикле осуществляется смещение окна вычисления локальной формы волнового пакета с шагом по координате x и по времени t вдоль сейсмического разреза. Размер шагов смещения окна задается с учетом обеспечения необходимой гладкости изменения формы локального волнового пакета. Матрица локальных волновых пакетов организуется так, что каждый локальный волновой пакет в ней занимает место соответственно своему положению на сейсмическом разрезе.

Алгоритм позволяет вычислить локальную форму отраженной волны в пределах некоторой области D разреза ОГТ и по ее спектральным и энергетическим характеристикам судить об отражающих свойствах гетерогенной среды в пределах области неоднородности на разрезе ОГТ.

Традиционным динамическим параметром в сейсмических исследованиях является разрез мгновенных амплитуд, дающий характеристику отражения в каждой точке разреза ОГТ. К недостаткам этого параметра можно отнести чувствительность к шумам и случайным флуктуациям в сейсмических данных. В рамках же разработанного в диссертационной работе алгоритма вычисления формы отраженной волны определяется более устойчивая интегральная форма локального отражения среды на данном участке профиля за счет суммирования волновых пакетов в пределах окна на разрезе ОГТ. Для сверхглубинных опорных сейсмических профилей, преследующих цель регионального и глубинного изучения строения всей консолидированной земной коры, такой подход является адекватным.

Известен способ определения формы элементарного сигнала, реализованный в системе РеапакРД [Рудницкая рекомендации по обработке сейс-мических записей. Новосибирск: СНИИГГиМС, 1983; , и др., 1]. Способ позволяет оценить форму сигнала по временному разрезу ОГТ с помощью суммирования волновых пакетов, выделенных на трассах. Основанием для выделения момента вступления сейсмического сигнала является тот факт [Берзон характеристики сейсмических волн. М.: Изд-во АН СССР, 1962], что сейсмический сигнал характеризуется плавным нарастанием первого отклонения, то есть начальная скорость смещения частиц среды равна нулю, а ускорение или производные от смещения еще более высокого порядка претерпевают скачок.

Способ, реализованный в системе РеапакРД, обладает рядом ограничений. Выявление момента вступления сигнала по критерию максимального градиента амплитуд трассы оправдано лишь для минимально-фазовых сигналов. Для сигналов других типов, например, близких к симметричным (нульфазовым) или антисимметричным, такой способ приводит к ошибкам в оценке фазовой характеристики сигнала и, следовательно, к ошибкам в определении момента и амплитуды вступления волны [Кондратьев точности и разрешающей способности используемых на практике способов решения обратной динамической задачи сейсморазведки.- Москва: Обзор ВИЭМС, 1990].

Разработанный в диссертации алгоритм вычисления формы локального волнового пакета позволяет вычислять произвольную форму сложного интерференционного отражения.

Далее в параграфах этой главы приводятся результаты моделирования сейсмического разреза ОГТ и модельное тестирование разработанного алгоритма вычисления формы локальных волновых пакетов.

Глава 4. Вычислительный программный комплекс «StreamSDS» и результаты его практического использования

В данной главе дается описание вычислительной технологии «StreamSDS» диагностики зон затухания энергии отраженных волн по глубинным разрезам ОГТ на опорных профилях, приводится «Руководство пользователя» пакетом программ. Результаты проведенных вычислений формы локальных волновых пакетов в режиме «скользящего окна» на материалах опорного профиля 2-ДВ убедительно доказывают существование значительных ее изменений в пределах сверхглубинного разреза ОГТ.

Реализация технологии StreamSDS на материалах профиля 2-ДВ для детального исследования аномального затухания амплитуд локальных волновых пакетов заключалась в анализе спектрального куба для частот от f = 18 Гц до f = 40 Гц с шагом по частоте 2 Гц. Построенные частотные срезы спектрального куба были визуализированы в виде цветовых полей. Анализ этих изображений позволил определить интервал частот (18 – 28 Гц) и контуры зон на сейсмическом разрезе, где уверенно проявляется обнаруженный эффект затухания амплитуд. Приведена предварительная геолого-тектоническая модель фрагмента геотраверса 2-ДВ (1100 – 1460 км), построенная на основании анализа поля амплитуд в интервале средних и высоких частот

Технология StreamSDS реализована также на материалах глубинного сейсмического разреза ОГТ рассечки к опорному профилю 3-СБ (Алтай-Северная Земля), пересекающего крупные структурно-тектонические элементы Сибирской платформы. Использование поля амплитуд средних и высоких частот спектра локальных волновых пакетов помогает более уверенно выделить и проследить отражающие и проводящие горизонты внутри кристаллического фундамента, в рифейском и палеозойском структурно-тектонических комплексах осадочного чехла; изучить строение земной коры, закартировать поверхность Мохоровичича, увязать их с процессами нефтегазообразова-ния и рудообразования в осадочном чехле.

Заключение

Актуальной задачей динамического анализа отраженных волн в сейсморазведке является разработка численных алгоритмов диагностики нелинейных особенностей волновых полей, которые не могут быть объяснены с прежних позиций линейной теории упругости. В частности, большое практическое значение имеет задача выявления эффектов поглощения отраженных волн, параметры которого зависят от частоты.

Численные расчеты, проведенные с помощью описанного алгоритма и разработанного на его основе специализированного вычислительного комплекса StreamSDS на фрагменте опорного сейсмического профиля ОГТ, показывают адекватные (с точки зрения геологической интерпретации) результаты. Предлагаемый алгоритм, его программная реализация, методика анализа и интерпретации амплитудных полей высокочастотной части спектра отраженного сейсмического сигнала являются новым инструментом исследования нелинейных эффектов поглощения высоких частот, связанных со свойствами среды. Особенно это актуально в глубинных зонах, не доступных бурению.

Получаемая данным методом характеристика гетерогенной среды связана с важными параметрами прогноза полезных ископаемых: повышенной трещиноватостью, разломами и разрушениями, а также заполнением порового пространства флюидами различного происхождения. Перечисленные свойства среды влияют на размещение и локализацию рудных полей, как правило, приуроченных к зонам разломов, повышенной трещиноватости пород, интрузивным образованиям и пр. Дальнейшая задача прогноза и поисков глубокозалегающих залежей зависит от степени изученности условий и факторов формирования и размещения таких объектов. Выявление особенностей строения земной коры, тектонических обстановок в ее глубоких частях, влияющих на формирование залежей углеводородов на больших глубинах, приобретает особую актуальность.

Полученные в результате применения вычислительного комплекса StreamSDS новые варианты изображения консолидированной земной коры позволили уточнить физические и геометрические параметры гетерогенной среды, а, следовательно, повысить обоснованность и достоверность созданных геолого-геофизических и геолого-тектонических моделей глубинного строения указанных территорий.

Приложение

В приложении 1 представлен Акт о внедрении вычислительного программного комплекса StreamSDS в », подтверждающий его апробирование на реальных сейсмических данных и использования при выполнении Договоров Института с Министерством Природных Ресурсов РФ. В приложении 2 представлено Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «РеапакРД», одним из правообладателей которого является автор диссертационной работы [1].

Основные результаты диссертационной работы

1. Разработан алгоритм вычисления локальной формы отраженного волнового пакета по данным профильных глубинных сейсмических наблюдений МОВ-ОГТ. Он позволяет изучать изменяющуюся форму сейсмического отражения в сложных гетерогенных средах.

2. Проведено численное исследование алгоритма выделения формы сейсмического импульса на основе компьютерного моделирования волновых образов геологических сред с помощью синтетического разреза ОГТ. Применение алгоритма выделения локальных волновых пакетов на синтетическом разрезе ОГТ позволило восстановить заданную форму сейсмических импульсов и их частотные характеристики. Исследована устойчивость алгоритма, показано, что достаточно около ста суммирований в пределах окна вычислений для получения стабильной формы локального отражения.

3. Разработана технология изучения динамических (спектральных, энергетических) характеристик локальных волновых пакетов в условиях сложных гетерогенных сред земной коры.

4. Создан вычислительный программный комплекс StreamSDS, позволяющий:

¾ создавать и визуализировать матрицу локальных волновых пакетов, вычисленную на глубинном разрезе ОГТ с помощью вышеназванного алгоритма, позволяющую анализировать динамические характеристики отражений от локальных неоднородностей среды;

¾ формировать куб амплитудных спектров локальных волновых пакетов в пространстве трех переменных: временной и латеральной координат сейсмического профиля и частоты (t, x, f);

¾ получать и визуализировать двумерные срезы спектрального куба по любой из вышеперечисленных координат: t, x, f для анализа и разделения глубинных сейсмических данных на области, однородные по спектральным и энергетическим характеристикам локальных волновых пакетов, отраженных от неоднородностей геологической среды;

5. Разработанное автором алгоритмическое и компьютерное обеспечение для исследования динамических параметров отраженных волн было внедрено во » в соответствии с Актом о внедрении (см. Приложение 1). Вычислительный комплекс StreamSDS был применен для обработки и интерпретации материалов по опорным сейсмическим профилям Восточной Сибири и Дальнего Востока в рамках выполнения договоров » с Министерством Природных ресурсов, Агентством по недропользованию РФ:

¾ опорному профилю 2-ДВ (г. Магадан – мыс Эммытаген), 2000 погонных километров, длительность регистрации наблюдений 25 сек;

¾ рассечки к профилю 3-CБ «Алтай-Северная Земля», 300 погонных километров, длительность регистрации наблюдений 24 сек.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность и признательность своему научному руководителю доктору технических наук, профессору . За сотрудничество в области программных разработок автор выражает глубокую благодарность . За постоянную поддержку в работе автор признателен к. г.-м. н. , за ценные советы, консультации, критические замечания благодарит к. т.н. . Автор благодарен к. г.-м. н. за переданный геофизический опыт во время многолетней совместной работы. Автор выражает благодарность за труд геологического осмысления полученных в диссертации результатов д. г.-м. н. , д. г.-м. н. .

Автор признателен сотрудникам отдела сейсморазведки и отдела тектоники

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Авторское свидетельство № 000 «свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ». - , , и др. – Регистрация 12.03.99 г.

2. , , Технология и результаты построения цифровой сейсмогеологической модели методами системы РЕАПАК по геотраверсу Уралсейс. - Глубинное строение и геодинамика Южного Урала (проект Уралсейс). Монография. Тверь: Издательство ГЕРС, 2001. – с. 35-42

3. , «Вычислительная технология диагностики зон затухания энергии отраженных волн по данным глубинных сейсмических разрезов ОГТ». – Труды международной конференции «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании». - Павлодар, Казахстан, 20 – 22 сентября 2006 г, I том, С. 359-371.

4. , Зеркаль обеспечение исследования гетерогенных сред земной коры по динамическим характеристикам локальных волновых пакетов. Вестник НГУ, Том 4, Выпуск 1, Серия: Информационные технологии, 2006 г., с. 33-43.

5. , , Сальников образ земной коры по геотраверсу 2-ДВ в системе «РЕАПАК» - VII Международная конференция «Новые идеи в науках о земле»: Материалы докладов. Т.2. – М.: КДУ, 2005. – 335 с. КДУ – книжный дом университет, с. 288.

6. , , . Компьютерная технология расчета полей сейсмических атрибутов в системе РЕАПАК для создания сейсмоакустических образов глубинных разрезов земной коры. Вестник НГУ, Том 2, Выпуск 1, Серия: Информационные технологии, 2005 г., с. 11-19.

7. , , . Компьютерная технология обработки глубинных сейсмических данных с использованием методики РеапакРД - Тезисы докладов 62-й научно-технической конференции, посвященной 75-летию НГАСУ (СИБСТРИН). – Новосибирск: НГАСУ, 2005., (с. 119-124).

8. , , . Построение сейсмоакустических образов глубинных разрезов земной коры в системе РеапакРД (на примере опорного профиля 2-ДВ). - 2-й Международный симпозиум «Активный геофизический мониторинг литосферы земли»: Материалы международной конференции 12-16 сентября, Академгородок, Новосибирск, 2005 г., с 242-247.

9. , , Сагайдачная модель земной коры по геотраверсу Уралсейс. (Результаты интерпретации в системе РЕАПАК). - Глубинное строение и геодинамика Южного Урала (проект Уралсейс). Монография. Тверь: Издательство ГЕРС, 2001. – с. 209-214

10. , , «Применение системы РЕАПАК в решении задач региональной сейсморазведки». - «Методы, технические средства, методика обработки и интерпретации геолого-геофизических исследований при создании государственной сети опорных геофизических профилей», Доклады Всероссийского семинара, г. Новосибирск,10-13 сентября 1999 г., отв. Ред. ,

11. , , «Опыт использования системы РЕАПАК при изучении месторождений нефти и газа в Западной Сибири». – Научно-технический журнал ЕАГО, Геофизика, 1996 г., № 3, с.19-24.

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет

(Сибстрин)

Отпечатано мастерской оперативной полиграфии

НГАСУ (Сибстрин)

Тираж 80 Заказ 401