Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Моделирование, как способ решения прямой задачи, в сейсморазведке занимает особое место. В настоящее время оно активно используется на всех стадиях: от проектирования полевых наблюдений до интерпретации сейсмических данных, причем в различных модификациях сейсморазведки.

Несмотря на бурное развитие математического аппарата моделирования, хорошо проработанный аппарат лучевого моделирования все еще актуален. Существует определенный класс задач, в которых не требуется высокой точности, и привлечение популярных в наше время конечно-разностных методов моделирования проигрывает по времени расчета модели. Лучевой метод выгоднее использовать, например, при задаче расчета только отраженных волн, т.к. можно рассчитать только нужные волны, а в других методах после расчета получаются только все возможные для данной модели волны, часть из которых приходится фильтровать для дальнейшего использования. Полученная волновая картина также может быть сложна для восприятия.

На этапе проектирования полевых работ до выполнения полевых наблюдений моделирование волновых полей может успешно применяться для выбора параметров системы наблюдений. Также эффективно применение моделирования для анализа структуры волнового поля изучаемой толщи сложного строения или оценки корректности графа обработки. При помощи моделирования возможна оценка эффективности новых алгоритмов и программ.

Целью диссертационной работы является разработка пакета программ для моделирования сейсмических волновых полей применительно к задачам сейсморазведки.

Основные задачи исследований:

1. Обзор методов моделирования сейсмических волновых полей.

2. Разработка алгоритмов решения прямых задач сейсморазведки применительно к методам МОВ и ВСП.

3. Разработка и отладка программных средств моделирования сейсмических волновых полей, оценка их эффективности.

4. Разработка технологии применения созданных программных средств при проектировании полевых работ, при обработке и интерпретации данных сейсморазведки МОВ и ВСП.

Научная новизна работы.

1. Разработаны алгоритмы решения прямых задач сейсморазведки (в лучевом приближении) применительно к моделированию сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП.

2. Разработана технология 2-мерного моделирования сейсмических волновых полей, включающая задание модели среды, параметров расстановки, расчет лучевых диаграмм, годографов и амплитудных графиков различных объемных волн, а также расчет волн и построение соответствующих сейсмограмм.

3. Разработан пакет программ «ВОЛНА-М» для 2-мерного моделирования сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП, включающий и ряд специальных версий программ для моделирования особых ситуаций: источник в виде направленной интерференционной излучающей системы, донная морская коса с приемниками Р, X или Z, аддитивное наложение шумов с заданными спектральными характеристиками, в тч геодинамических шумов с заданным пространственным распределением, а также высокочастотная модификация для моделирования при скважинных сейсмоакустических исследованиях.

Практическая значимость и реализация результатов.

1. Результаты моделирования сейсмических волновых полей, полученные с использованием разработанных программных средств, могут быть использованы для изучения условий формирования монотипных, обменных, преломленных и отраженных объемных сейсмических волн на криволинейных границах раздела упругих слоев разреза, оценки их ожидаемых динамических и кинематических характеристик.

2. Применение программных средств моделирования сейсмических волновых полей позволяет выбрать оптимальные параметры систем наблюдений на этапе проектирования полевых работ, обеспечивающие наиболее надежное прослеживание целевых волн.

3. Применение в качестве объектов обработки синтетических сейсмограмм, рассчитанных для моделей сред с известными параметрами, позволяет выполнять отладку и тестирование новых обрабатывающих программных средств и более обоснованно оценивать их эффективность.

4. Предварительная оценка ожидаемых AVO-эффектов и других динамических характеристик сейсмических волн на границах исследуемого разреза может быть выполнена по модельным сейсмограммам, рассчитанным с использованием выбранных параметров расстановки и априорных сведений о разрезе.

Разработанный пакет программ ВОЛНА-М успешно применяется для моделирования сейсмических волновых полей в Пангее (г Москва), Гео-Хазаре (г Геленджик), Ингеосейси (г Краснодар), Краснодарнефтегеофизике, в отделе по разработке геофизических технологий Газпром промгаз, в Geomage. (Израиль), Самара-Нафта, а также на кафедре геофизики КубГУ.

Основные защищаемые положения:

1. Алгоритмы решения прямых задач сейсморазведки (в лучевом приближении), разработанные применительно к моделированию сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП, и адекватно описывающие распространение упругих волн в многослойной среде с криволинейными границами с учетом эффектов на границах раздела, поглощения и с учетом изменения формы импульсов при полном внутреннем отражении.

2. Пакет программ ВОЛНА-М для 2-мерного моделирования сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП, включающий и ряд специальных версий программ для моделирования особых ситуаций: источник в виде направленной интерференционной излучающей системы, донная морская коса с приемниками Р, X или Z, аддитивное наложение шумов с заданными спектральными характеристиками, в тч геодинамических шумов с заданным пространственным распределением, а также высокочастотная модификация для моделирования при скважинных сейсмоакустических исследованиях.

3. Технология 2-мерного моделирования сейсмических волновых полей, включающая задание модели среды, параметров расстановки, расчет лучевых диаграмм, годографов и амплитудных графиков различных объемных волн, а также расчет и построение соответствующих сейсмограмм, содержащих любую совокупность предварительно рассчитанных объемных Р- и S-волн (в тч любых обменных, многократных, неполнократных и тп, всего до 100 волн), с учетом их расхождения, поглощения, коэффициентов прохождения, отражения и конверсии, в тч для закритических углов падения.

Диссертационная работа выполнена автором во время обучения в аспирантуре на кафедре геофизических методов поисков и разведки Кубанского государственного университета. Все основные результаты, представленные в работе и имеющие научную и практическую значимость, были получены лично автором, или при его непосредственном участии. Написание программ на языке Delphi выполнено автором самостоятельно.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах, совещаниях и международных конференциях, в том числе на Геомодель-2005 (Геленджик, 2005), на VII Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов (Саратов, 2006), Геомодель-2007 (Геленджик, 2007), на VI международной научно-практической конференции «Геофизика-2007» (Санкт-Петербург, 2007), 9^х чтениях им. В.В. Федынского (Москва, 2007), а также на кафедре геофизических методов поиска и разведки КубГУ.

Основное содержание работы

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость работы.

Глава 1. Методы моделирования сейсмических волновых полей

В 1 параграфе главы моделирование - в широком смысле этого слова - рассматривается как универсальный метод научных исследований, широко применяемый в последние десятилетия в самых различных областях современной науки. Рассматривается определение модели, как строится процесс моделирования. Определена классификация математических моделей. Показаны основы вычислительного эксперимента и его преимущества.

Во 2 параграфе рассмотрены аспекты применения физического моделирования, актуальные направления его применения, способы и методика физического моделирования. Физическое моделирование применяется для изучения объемных и поверхностных волн (Аверьянов, 1975) в сложнопостроенных средах, а также в случаях, где аппарат математического моделирования недостаточно разработан или не позволяет решить поставленные задачи.

Во введении к 3 параграфу показано, что все способы математического моделирования волновых полей происходят из решения волнового уравнения при различных упрощениях или в различных областях: временной, частотной, f-k. Далее рассмотрены виды математического моделирования волновых полей. Для лучевого метода дано решение волнового уравнения в виде лучевого ряда (Бабич, Алексеев, 1958; Алексеев и др., 1961; Cerveny, Rivandra, 1971, 1977), а также показаны достоинства и недостатки лучевого моделирования. Разобрана методика решений дифференциальных уравнений на примере уравнения эйконала с помощью метода конечных разностей (Alterman, Karal, 1968; Boore, 1972; Vidale, 1988) . Для спектральных методов (Tomson, 1950; Haskell, 1953; Zienkiewicz, 1973; Kennet, 1983; Müller, 1985) рассмотрены ограничения для задания моделей и достоинства методов. Метод модального разложения (Алексеев, Михайленко, 1974) позволяет хорошо описывать главную часть волнового поля на больших расстояниях. Псевдоспектральный метод (Kosloff, Baysall, 1982; Schuberth, 2003) похож на метод конечных разностей с тем отличием, что производные вычисляются в области Фурье. Это уменьшает время счета, но появляются сложности в задании начальных условий с требованием к гладкости свойств среды.

Глава 2. Описание алгоритма программы «волна-м»

Лучевой метод, изложенный в основах (Алексеев и др, 1961), не решал многих задач. Поэтому при работе над программой было проведено много вычислительных экспериментов и исследований при нахождении решений, наиболее хорошо описывающих динамические характеристики и учитывающих сложные эффекты.

В 1 параграфе этой главы описывается реализованный в программах «ВОЛНА-М» общий алгоритм нахождения лучей, выходящих из источника и попадающих на приемное устройство. Он состоит в следующем: через равные углы (обычно 1°) лучи выходят из источника, при этом запоминаются значения углов выхода, лучи из которых попали в область приемного устройства. Далее по принципу дихотомии, сканированием области в обе стороны от найденных на предыдущих этапах лучей, находятся точные значения углов прихода лучей в приемники. Границы описываются как совокупность сплайнов, проходящих через заданные пользователем точки на равных расстояниях между собой.

Во 2 параграфе главы приводятся формулы Кнотта-Цеппритца для расчета коэффициентов отражения, преломления и прохождения на границах раздела двух слоев для случая падения плоской гармонической волны. Для точных расчетов коэффициентов отражения, прохождения и конверсии разработаны алгоритмы семи функций, соответствующих различным типам падающих волн (Р или S) и различным состояниям вещества на границе раздела 2^х слоев (твердое тело/твердое тело, твердое тело/жидкость, твердое тело/атмосфера и т.д.). Входными параметрами функций являются плотности слоев, скорости продольных и поперечных волн, а также угол падения волны на границу раздела. После расчета функция возвращает в общем виде коэффициент прохождения или отражения в виде комплексного числа, что позволяет производить корректные расчеты даже в области закритического отражения.

3 параграф главы посвящен расчету коэффициентов поглощения. Поглощение, например, обменной PS-волны в самом простом случае учитывается следующим образом (Бреховских, 1989):

(1)

Dpi − пластовый коэффициент поглощения Р-волны в i-ом слое (на частоте 50 Гц); Dsi − пластовый коэффициент поглощения S-волны в i-ом слое (на частоте 50 Гц); Spi − часть траектории Р-волны в i-ом слое вдоль луча, выходящего в точку приема Хпп (или Нпп); Ssi − часть траектории S-волны в i-ом слое вдоль луча, выходящего в точку приема Хпп (или Нпп).

Недостатком способа (1) является независимость поглощения от частоты волны. В разработанном пакете программ поглощение является частотно-зависимым и учитывается по следующей формуле (Кондратьев, 1986):

(2)

где V - скорость распространения волны в среде (на частоте f = 50 Гц), i - мнимая единица, R - путь, пройденный лучом в среде, (ω) - частотно-зависимый коэффициент поглощения, для P-волны равный

(3)

Vфаз(ω) - аномальная дисперсия фазовой скорости, которую можно найти как (Гуревич)

(4)

Данное поглощение является частотным фильтром, который действует не только на амплитуды гармоник в спектре, но и изменяет фазовый спектр. Это наглядно иллюстрирует рисунок, показывающий импульс, прошедший через среду с различным коэффициентом поглощения.

Четвертый параграф содержит алгоритм расчета амплитуды волны с учетом сечения лучевой трубки. Амплитуда волны рассчитывается по известной формуле (Sheriff, Geldart, 1995):

,

(5)

где − модуль коэффициента прохождения Р-волны на границе i^го и i+1^го слоев; − модуль коэффициента прохождения S-волны на границе i^го и i+1^го слоев; − модуль коэффициента конверсии Р-волны в S-волну на границе j^го и j+1^го слоев; − модуль коэффициента отражения S-волны от границы k^го и k+1^го слоев; F() − характеристика чувствительности сейсмоприемников в функции угла подхода волны : для сейсмоприемников Х-компоненты F() = sin(+), для сейсмоприемников Z-компоненты F() = cos(+), для приемников давления F() = 1, для Р-волн  = 0, для S-волн  = 90°; D - коэффициент геометрического расхождения фронта волны при распространении ее вдоль луча, выходящего в точку приема Хпп (или Нпп); Kп(Xпп) - коэффициент, описывающий поглощение (см. (2)).

Коэффициент геометрического расхождения рассчитывается по формуле (Banik, 1989):

(6)

где (m) - угол падения волны в слое с номером m; Rx(k), Ry(k) - главные радиусы кривизны волнового фронта, соответственно, в плоскостях XOZ и YOZ, определяемые для каждого луча на границе k. Эти радиусы меняются на границе:

,	(7)

где индекс «1» - для падающих лучей, индекс «2» - для выходящих (отраженных или преломленных), знак «+» в первом выражении для отражений, знак «-» - для преломлений; Gx - радиус кривизны границы в плоскости XOZ.

При расчетах амплитудных графиков в соответствии с формулами (2) и (3) на каждой границе, через которую проходит волна, происходит учет изменения сечения лучевой трубки как в плоскости профиля (Rx), так и в плоскости, перпендикулярной профилю (Ry). Поэтому, как принято обозначать такой подход, расчет в программе «Волна-М» производится не в 2D пространстве, а в 2,5 D.

Расчет годографов описан в пятом параграфе главы. Расчет основан на определении времен пробега волн вдоль траекторий лучей. Так, например, для монотипной волны, отраженной от границы k^го и k+1^го слоев, годограф рассчитывается в соответствии с очевидным соотношением:

,

(8)

где Si - часть траектории монотипной волны в i^ом слое вдоль луча, выходящего в точку приема Хпп; Vi - скорость монотипной волны в i^ом слое.

Алгоритм расчета сейсмограммы написан в шестом параграфе. Расчет происходит в области Фурье. Выбранный импульс переводится в частотную область, после чего сдвигается в ней на время, рассчитанное в предыдущем параграфе, и умножается на (5), и полученный импульс подсуммируется к сейсмограмме.

В седьмом параграфе описан алгоритм создания «белого», а также «небелого» шума с задаваемой спектральной плотностью. Ввосьмом параграфе рассказывается об отличиях в алгоритмах применительно к методам МОВ и ВСП.

Глава 3. Пакет программ «Волна-М» для двумерного моделирования сейсмических волновых полей в задачах МОВ и ВСП

В 1 параграфе подробно рассматривается задание всех параметров модели в программе «Волна-М». На рис. Рис. 1 показан внешний вид приложения «Волна-М». Для ввода данных о скоростях, плотностях и затухании в каждом слое существует отдельная форма. Также необходимо задать параметры расстановки, информацию об источнике в специальном для этого окне. Геометрию слоев возможно задавать как в табличном виде, так и в интерактивном с помощью мышки. Все табличные данные можно сохранять и загружать в формате *.xls, что удобно при переносе модели из интерпретации и работе с моделями с большим количеством слоев.

Рис. 1. Внешний вид программы «Волна-М»

Во 2 параграфе подробно рассмотрено задание волн в виде буквенно-цифровой последовательности. Пользователь может задать любую волну, которая претерпевает до 10 актов отражения с обменом, отражения без обмена или преломление с обменом.

Иллюстрации расчета волн: лучевые диаграммы (рис.2), годографы (рис.3), и амплитудные графики (рис.4) приведены в 3 параграфе. В программе «Волна-М» есть специальный инструмент для детального анализа каждого луча. Для выделенного луча в каждой точке пересечения со слоем можно узнать следующую информацию: угол падения на границу, угол преломления или отражения, угол наклона границы, координаты точки пересечения, значения коэффициентов отражения или прохождения, а также амплитуду волны.

В 4 параграфе описывается процесс получения сейсмограммы (рис. 5). Для этого необходимо выбрать импульс. Импульс может рассчитываться теоретически или использоваться запись из библиотеки сигналов от реального источника. В сейсмограмму последовательно подсуммируются только

Рис. 2. Пример расчета и отображения лучевой диаграммы обменной волны

Рис. 3. Пример расчета и отображения годографов

Рис. 4. Пример расчета и отображения амплитудных графиков

Рис. 5. Пример просмотра сейсмограммы в программе «Волна-М»

выбранные пользователем волны, после чего все сохраняется в формате SEG-Y, СЦС5 или СЦС3.

В 5 параграфе описывается процесс добавления случайного шума к сейсмограмме. Шум может быть добавлен с постоянными характеристиками относительно пространственных координат или зависеть от них, т.е. имитируется так называемый геодинамический шум. Для этого необходимо задать координату, например, залежи, радиус изменения амплитуды и частоты шума и процент изменения в области действия.

6 параграф посвящен имитации профильных наблюдений. В программе «Волна-М» задается расстояние для перемещения приемного устройства и для источника, количества сейсмограмм, и по этим параметрам осуществляется построение последовательного ряда позиционных сейсмограмм с выбранными ранее параметрами: группой рассчитываемых волн, импульсом, параметрами шума.

7 параграф содержит описание специальных версий программы для различных модификаций сейсморазведки. В обычной версии возможно моделирование для модификаций МОВ и ВСП. Существует специальная версия для моделирования донного приемного устройства для имитации морских наблюдений по технологии «старт-стоп». Другая модификация предназначена для моделирования источника в виде направленной интерференционной излучающей системы. В этой версии возможно задание источника в виде группы: задав расстояния между точечными излучателями и их мощности, программа рассчитывает комплексную частотную характеристику и применяет ее при расчете сейсмограмм. Еще одна специальная версия предназначена для моделирования скважинных сейсмоакустических исследований. Отличие от обычной версии состоит в моделировании с меньшим на порядок интервалом дискретизации и, соответственно, на более высоких частотах.

Глава 4. Технология двумерного моделирования сейсмИческих волновых полей с использованием пакета «ВоЛна-М»

В 1 параграфе на нескольких примерах рассмотрено применение моделирования на этапе проектирования полевых работ. Первый пример показывает целесообразность моделирования волнового поля для определения интервалов изменения полярности отражений, что может повлиять на максимальные выносы при проектировании системы наблюдения, а также этот эффект будет учтен при обработке данных.

В другом примере рассмотрен выбор параметров излучающей группы при регистрации в условиях неглубокого моря. Для этого применялась специальная версия для моделирования с источником в виде направленной интерференционной излучающей системы. Были рассчитаны несколько моделей, различие между которыми проявлялось в угле настройки диаграммы группы пневматических источников. Угол настройки диаграммы связан с задержками в срабатывании между отдельными источниками. Рис. 6 иллюстрирует зависимость амплитуды отраженной волны от угла настройки. Моделирование показывает, что при правильном проектировании морских наблюдений амплитуда отраженных волн на больших удалениях может быть увеличена, а неправильная установка угла существенно снизит уровень сигнала.

Во 2 параграфе показаны примеры моделирования задач ВСП. Первый пример показывает использование ПМ ВСП (Гальперин, 1982) для изучения отраженных, обменных и проходящих волн. Для одной и той же среды при различных удалениях от скважины (100, 1000 и 2500 м) получены амплитудные графики, годографы и сейсмограммы для различных компонент волнового поля: X, Z и полного вектора. При внимательном рассмотрении годографов и амплитудных графиков монотипных и обменных волн, полученных при разных удалениях источника, видно, что с удалением источника в суммарном волновом поле заметно возрастает удельный вес обменных отраженных и проходящих упругих волн, что существенно усложняет анализ волновой картины. Даже выделение

Рис. 6. Диаграмма зависимости амплитуды отраженной волны от угла настройки
диаграммы

прямой волны в волновом поле становится неоднозначным на ПВ с увеличением удаления. Представленный пример показывает, что без анализа моделирования прямую волну на исходной волновой записи будет сложно обнаружить на небольших глубинах из-за интерференции волн. Ошибка в определении времени вступления прямой волны приведет к существенному искажению скоростной зависимости V(z) и, соответственно, к погрешностям в построении глубинных разрезов и результатов интерпретации данных сейсморазведки. Из лучевых диаграмм также видно, что интервалы прослеживания даже плоских границ часто имеют сложную конфигурацию, состоят из нескольких областей, содержат разрывы, что без применения моделирования установить достаточно сложно. Волновая картина усложняется еще в большей степени в моделях с криволинейными границами. Это наглядно демонстрирует второй пример.

Помимо влияния скоростей на волновую картину есть еще много факторов, которые могут существенно усложнить волновую картину. Один из этих факторов - геометрия границ. Сделано моделирование ВСП на скважине Азовская 114, находящейся в Краснодарском крае. Геологический разрез, проходящий через эту скважину, представляет собой моноклиналь с углом наклона 20°, разбитую среднеамплитудными нарушениями. На рис. 7 приведено наложение модельного сейсмического волнового поля, рассчитанного в программе «Волна-М», и реальной волновой картины, полученной Ингеосейсе (Мирзоян). Хорошее совпадение отраженных, обменных и проходящих волн указывает на правильно подобранную модель.

Рис. 7. Наложение на теоретическую сейсмограмму ВСП полевой сейсмограммы для скважины Азовская 114

одной из целей моделирования ВСП на скважине Азовская 114 было объяснить появление «провалов» в первых вступлениях (см. рис. 7 и 8) на ближних и дальних ПВ. При анализе годографов было установлено, что это происходило из-за моноклинального падения слоев и нескольких слов с инверсией скоростей. Геологические условия заставляли лучи идти почти горизонтально в слоях с низкими скоростями, что вызывало увеличение времени первого вступления прямой волны. Моделирование также помогло разобраться в сложной волновой картине при наблюдениях НВСП. На рис. 8 на полевую сейсмограмму с одного из ПВ НВСП в скважине Азовская 114 наложены рассчитанные в программе «Волна-М» теоретические годографы. Это позволило правильно проследить первые вступления и разобраться в присутствующих на записи волнах.

Моделирование ВСП для проверки скоростной модели стало уже стандартом в отчетах по обработке ВСП. В третьем примере рассматривается такое применение программы «Волна-М» для скважины №320 на юге Самарской области. На этой скважине были проведены полевые исследования ВСП в 2009 г.

Рис. 8. Наложение на зарегистрированное в скважине волновое поле теоретических годографов

После пикировки первых вступлений была составлена скоростная модель, на которой было выделено 15 слоев. Для проверки составленной скоростной модели в программе «Волна-М» по данным 2D сейсморазведки была составлена модель среды через скважину № 320 и создана синтетическая сейсмограмма.

На рис. 9 на синтетическую сейсмограмму (красный цвет) наложено зарегистрированное в скважине волновое поле (черный цвет). Рисунок показывает хорошее совпадение прямой волны и отраженных PP-волн, что доказывает пригодность скоростной модели для скважины и возможность дальнейшего использования этой модели в задачах интерпретации.

В 3 параграфе данной главы рассмотрена обработка PS-волн. Особый интерес могут вызывать ситуации, связанные с использованием обменных волн (PS), имеющих несимметричные лучевые диаграммы, когда точка отражения смещена относительно средней точки отражения монотипных волн.

В качестве примера рассмотрена необходимость использования бинирования обменных волн. Для этого была создана модель. Рассчитанные 290 сейсмограмм были обработаны в пакете Radex Pro по двум потокам: в первом случае по стандартному графу как данные ОГТ PP-волн, а во втором так же, но с единственным

Рис. 9. Наложение на зарегистрированную волновую картину Z-компоненты в скважине № 320 модельной сейсмограммы

отличием - асимптотическим бинированием PS-волн в начале обработки. На рис. 10 показаны изображения одного и того же горизонта, имитирующего ловушку на глубине около 2,5 км, по двум вариантам обработки. Из полученной суммы убраны остальные отражающие горизонты, и в варианте обработки как PP-волн был введен дополнительный, единый для всех трасс статический сдвиг, чтобы лучше увидеть разницу в подходах. Сравнение разных вариантов обработок показывает более правильное положение структуры после процедуры бинирования PS-волн. Две красные линии на рис. 10 отмечают начало и конец ловушки на исходной модели на 5000 и 8000 метров соответственно. Также нижний горизонт более правильно отмечает положение точек обмена в правой части разреза: он тянется вправо дальше верхнего горизонта, и точки обмена в модели находятся ближе к приемнику от средней точки. Этот факт хорошо заметен при детальном рассмотрении модели. Таким образом, моделирование помогло разобраться в особенностях отражения PS-волн и выявить правильные подходы к обработке этих волн.

Рис. 10. Один и тот же горизонт при обработке с асимптотическим бинированием PS-волн (нижний) и без (верхний)

Рассмотрен пример применения программы для проверки новых процедур и программ. В качестве примера взята процедура миграции. Также показано каким образом применение программы «Волна-М» может помочь в исследованиях методом AVO.

В 4 параграфе главы сравниваются программы «Волна-М» и Tesseral. Для сравнения двух пакетов были составлены две модели с одинаковыми геометрическими характеристиками и свойствами слоев. Импульсы, использованные для построения сейсмограмм, были подобраны таким образом, чтобы обеспечить наилучшее сходство. Полученные сейсмограммы для двух моделей хорошо сопоставляются по динамическим и кинематическим характеристикам. При более близком рассмотрении рис. 11 видно хорошее совпадение годографов отраженных волн. Амплитудный и частотный спектры сейсмограмм похожи так же, как и спектры импульсов для моделирования. Легко заметить, что в модели пакета Tesseral (Костюкевич, 2001) присутствует большее количество волн. Это обстоятельство может быть как плюсом, так и минусом, в зависимости от того, какие волны считать полезными, а какие помехами. В пакете «ВОЛНА-М» в итоговую сейсмограмму заносятся лишь заданная пользователем совокупность волн.

Рис. 11. Наложение сейсмограмм, смоделированных в пакете Tesseral (красный) и «Волна-М» (синий)

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Выполнен обзор различных методов моделирования сейсмических волновых полей.

2. Разработаны алгоритмы решения прямых задач сейсморазведки (в лучевом приближении) применительно к моделированию сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП.

3. Разработан пакет программ «ВОЛНА-М», в котором реализовано двумерное моделирование в лучевом приближении для слоистых моделей, состоящих из однородных упругих жидких или твердых слоев (до 100 слоев) с гладкими криволинейными границами и размерами неоднородностей среды превышающими радиус первой зоны Френеля.

4. В основе программ моделирования лежит набор процедур, реализующих численное решение системы уравнений Кнотта-Цёппритца в комплексной области и обеспечивающих корректный расчет коэффициентов отражения, прохождения и конверсии, в том числе, и для закритических углов падения.

5. Используемый лучевой подход позволяет учитывать образование обменных волн, изменение отражающих свойств границ при наклонном падении волн на них, влияние кривизны границ и волновых фронтов, линейно-зависимое от частоты поглощение волн в среде, при этом эффекты расхождения, поглощения, кривизны границ и отражения-преломления в процессе моделирования могут быть учтены по отдельности.

6. Разработана технология моделирования сейсмических волновых полей. Результаты моделирования могут быть использованы для изучения условий формирования обменных и др. объемных сейсмических волн на границах раздела упругих слоев, оценки их ожидаемых динамических и кинематических характеристик, а также для выбора рациональной методики полевых работ методами МОВ и ВСП и обработки данных.

7. Кроме задач МОВ и ВСП пакет «ВОЛНА-М» включает и ряд специальных версий программ для моделирования особых ситуаций: источник в виде направленной интерференционной излучающей системы, донная морская коса с приемниками Р, X или Z, аддитивное наложение шумов с заданными спектральными характеристиками, в т.ч. геодинамических шумов с заданным пространственным распределением, а также высокочастотная модификация для моделирования при скважинных сейсмоакустических исследованиях.

Оценивая перспективы дальнейшего совершенствования этого пакета необходимо наметить следующие возможные направления работы:

 существующий набор корректно синтезируемых волн может быть дополнен поверхностными и головными Р и Sволнами;

 разработка варианта программы моделирования для метода "Вибросейс".

В настоящее время ведется разработка новой версии пакета, в которой будет реализована задача моделирования для случая частотно-зависимых коэффициентов отражения-преломления на границе линейно-неупругих сред.

Автор: И. Гонтаренко