Выпускная квалификационная работа магистра" Построение сейсмической скоростной модели верхней части разреза в областях распространения мерзлоты " (стр. 3 )

Рис. 5. а) совокупность годографов, красным отмечены точки перегиба, б) исстинная модель среды, в) восстановленная с помощью одномерной лучевой томографии скорость в первом слое.

Этап 3. В полученной модели первого слоя методом полей времен определяется граница первого слоя. Метод заключается в расчёте полей времен для прямой и для головной волны, по выделенным участкам одного годографа (рис. 6). Т. е. поле времен для прямой волны рассчитывается как поле точечного источника, а поле головной волны рассчитывается как поле от линии источников с задержкой рассчитанной по участку годографа прослеживания головной волны. Далее поле времен вычитаются, и по точкам минимальных значений проводится кривые совпадения времен. Одна из точек на кривой совпадения времен является точкой на границе где начинает выходить головная волна. Для каждой ветки годографа где есть точка перегиба связанная с выходом головной волны строится своя кривая совпадения времен. Границей является огибающая всех кривых для всей совокупности годографов.

Рис. 6. Построение кривой совпадения времен, окружности – поле времен прямой волны, прямые – поле времен головной волны, пунктиром – кривая совпадения времен.

Этап 4. Годографы первых вступлений пересчитываются на восстановленную границу. В результате получаем двухслойную модель среды с латеральнонеоднородными слоями и годографы на поверхности границы, что дает возможность повторить методику для восстановления следующей границы.

Работа направлена на поиск оптимального, по качеству и затрачиваемому времени на обработку, алгоритма обработки данных малоглубинной сейсморазведки. Поэтому в ходе тестирования методики послойного восстановления разреза, так же проводилось сравнение результатов с самыми распространенными методами (лучевая томография, метод т0`), для выявления рамок применимости в поставленных задачах и возможности их комплексирования. В качестве обработки методом лучевой томографии использовался алгоритм Profit (PROfile Forward and Inverse Tomographic modeling) [Кулаков, 2007].

Модель №1. В качестве первой модели была выбрана горизонтально-слоистая среда с однородными слоями (рис. 8). На рисунке представлена скоростная модель и совокупность годографов, красными точками отмечены перегибы годографов, связанные с выходом головных волн в первые вступления.

Рис. 8. Совокупность годографов для двухслойной горизонтально-слоистой модели с однородными слоями.

       Затем полученные годографы были обработаны с помощью лучевой томографии и методики послойного восстановления разреза (рис. 9), черными линиями обозначены положения границ в истинной модели. Методика послойного восстановления при однородных слоях восстанавливает точное положение границ и довольно точные значения скоростей (+/- 5%). В лучевой томографии необходимыми условиями являются наличие ненулевой вертикальной составляющей градиента и отсутствие резких границ. Как следствие результат отличается от модели с однородными слоями. Но при этом на полученной скоростной модели можно выделить три слоя различающихся модулем градиента,  и в середине каждого слоя скорость будет равна истинной скорости в слое.

Рис. 9. а) истинная скоростная модель, б) результат методики послойного восстановления разреза, в) результат лучевой томографии, черными линиями отмечено положение границ в истинной модели.

       Модель №2. Следующей моделью была выбрана та же горизонтально слоистая среда, но с добавлением вертикального градиента скорости в каждом слое (рис. 10). Известно, что в реальной среде всегда присутствует возрастание скорости с глубиной в каждом слое, хотя для маленьких слоев оно будет незначительным. Целью этого теста было показать, как влияет наличие вертикальной составляющей градиента скорости в каждом слое на результат методики послойного восстановления и лучевой томографии.

Рис. 10. Совокупность годографов для двухслойной горизонтально-слоистой модели, скорость в слоях линейно возрастает с глубиной.

       Важно отметить, что для таких глубин и длин профилей, сложно классифицировать полученные годографы как годографы рефрагированных волн. По годографа для такой скоростной модели методика послойного восстановления разреза неточно восстанавливает положение границ. Это можно связать с тем, что скорость в пласте определяется по одномерной лучевой томографии. Что предполагает распространение лучей только вдоль границ, что не соответствует истинному распространению рефрагированных волн. Следственно чем сильнее будет градиент в слое, тем больше будет ошибка определения границы. Так же ошибка будет накапливаться для каждой следующей по разрезу границе (рис. 11).

       Лучевая томография восстанавливает имеющийся градиент скоростей в слое, но из-за отсутствия резких перепадов скоростей, возле кровли слоя градиент занижается, а возле подошвы градиент скорости выше истинного.

Рис. 11. а) истинная скоростная модель, б) результат методики послойного восстановления разреза, в) результат лучевой томографии.

Модель №3. Целью работы является разработка метода обработки данных в условиях латеральных изменений геометрии границ. Поэтому для следующего теста была взята двухслойная модель с криволинейной второй границей и однородными слоями (рис. 12).

Рис. 12. Совокупность годографов для двухслойной модели с криволинейной границей.

По результатам (рис. 13) можно заключить что в однородных слоях криволинейность границы не влияет на результат методики послойного восстановления разреза, построенная граница почти идеально совпадает с истинной. Скорости распространения волн определяются с той же погрешностью ~5%.

Результат лучевой томографии имеет те же проблемы, что и в модели №1 с однородными слоями: скорости только в середине слоя равны истинным, но довольно хорошо прослеживается геометрия границы. Так же рефрагированные лучи захватывают большую площадь распространения, за счет этого восстановленная модель получается шире чем при использовании головных волн.

Рис. 13. а) истинная скоростная модель, б) результат методики послойного восстановления разреза, в) результат лучевой томографии.

Модель №4. Для следующего теста в модель с криволинейной границей было добавлено возрастание скорости с координатой вдоль профиля (рис. 14). Данная модель полностью описывает модель скоростного разреза для которого разрабатывается методика.

Рис. 14. Совокупность годографов для двухслойной модели с криволинейной границей, линейным возрастанием скорости с координатой вдоль профиля.

По результату методики послойного восстановления разреза наблюдается хорошее совпадение скорости с истинной моделью. Но появляются некоторые отклонения при определении геометрии границы, это можно связать с человеческим фактором: огибающая ко всем кривым совпадения времен строится обработчиком вручную, поэтому возможны небольшие ошибки при проведении границы (рис. 15).

Разрез полученный по лучевой томографии так же неплохо восстанавливает геометрию границы. Из-за горизонтального градиента вертикальный градиент получается под наклоном, что дает правильные значения скоростей в середине слоя.

Рис. 15. а) истинная скоростная модель, б) результат методики послойного восстановления разреза, в) результат лучевой томографии.

Модель №5. Для сравнения методики послойного восстановления с методом Т0` была выбрана двухслойная модель с сильно криволинейной границей, скорость в первом слое 500 м/с, во втором 2500 м/с (рис. 16). Для обработки методом Т0` использовалась программа RadexPro.

Результатом стало почти полное совпадение границы у методики послойного восстановления со скоростью во втором слое 2000-2500 м/с. У Т0` наблюдаются ошибки в определении положения границы, а точность определения скорости составила +/- 1000 м/с.

Отсюда можно сделать вывод, что методика позволяет получить результаты точнее, чем метод Т0`, для исследуемых моделей. Со стороны разработчика необходимо помимо определения точек перегиба годографов провести только огибающую всех кривых совпадения времен (границу), поэтому время, тратящееся на обработку, отличается мало.

Рис. 16. а) истинная скоростная модель, б) результат методики послойного восстановления разреза, в) результат метода Т0`.

Глава 3. Обработка реальных данных.

2015 год:

Летом 2015 года были проведены сейсморазведочные работы на активном оползне вблизи поселка Чаган-Узун Республики Алтай. На данном объекте широко развиты различ-ные криогенные процессы, влияющие на движение оползня. На рисунке приведен снимок с GoogleMaps с нанесенным профилем, в середине профиля в точке ОП200 находится резкий перепад в рельефе.

Рис. 17. Схема расположения профиля на карте.

Длина профиля составляла 395 м с шагом между пунктами приема (ПП) 5 м, и пунктам возбуждения (ПВ) через 20 м. В качестве источника использовалась кувалда массой 5 кг. Полученные сейсмограммы имели достаточно высокий уровень сигнал/помеха (рис. 18), что способствовало легкому пикированию времен первых вступлений (рис. 19а). Погрешность увязки взаимных времен годографов не превышала 5мс.