Лапан, Александр Борисович. Разработка и исследование способов оценки поглощения сейсмических волн на основе параметрических моделей колебаний : Лапан, Олександр Борисович. Розробка і дослідження методів оцінки поглинання сейсмічних хвиль на основі параметричних моделей коливань

Краткое содержание

Глава первая.После введения в работе рассматривается роль и место изучения поглощения сейсмических волн при прямих поисках нефти и газа. В районе залежи происходит изменение физических свойств среды, в результате которого изменяются характеристики проходящих и отраженных волн. Для прямых поисков можно использовать параметры, таете как:
- интенсивность отраженных волн;
- интервальная скорость;
- поглощение.
Поглощение является основным индикатором залекей УВ. При распространении сейсмического импульса в среде с поглощением его частота понижается за счет преимущественного ослабления высокочастотных составляющих'спектра.
В части геологического разреза, вмещающего залежь углево¬дородов, происходит изменение физических свойств пород, в результате которого изменяются кинематические и динамические параметры как отдельных отражений, так и всей совокупности волн, образующих сейсмическое волновое полз.
Методы определения поглощения основываются на изучении и отдельных волн, и колебаний в протяженных временных интервалах сейсмограмм. Соответственно, способы первой группы используют локальные характеристики волнового поля, а способы второй -интегральные. Иногда их называют детершшированными и стати¬стическими соответственно, т.к. в первом случае предполагается наличие опорных горизонтов и связанных с ними динамически

-4-
выраженных отражений, во втором используется статистическая модель волнового поля со случайным распределением отражающих горизонтов по глубине.
Несмотря на то, что анализ локальных эффектов волнового поля позволяет реализовать высокую разрешающую способность по времени, он характеризуется сильным уровнем погрешностей. Это обусловлено интерференционным характером поля упругих волн за счет тонкослоистости реальных сред и влияния помех, что не позволяет выделить в сейсмической записи отдельную волну.
Вторая группа методов, использующая интегральные эффекты, хотя и уступает в разрешающей способности первой группе, но дает более устойчивые оценки поглощения. Интегральные эффекты, такие как изменение частотного состава, энергии колебаний и других характеристик сейсмической записи, обусловленных поглощением, легче обнаруживаются в больших интервалах времени. Поэтому'только эти методы используются на практике.
Наиболее полно алгоритмы определения поглощения, исполь¬зующие для анализа протяженные участки сейсмотрасс, пред¬ставлены в корреляционной методике прямых поисков (КМПП). К настоящему времени основные разведочные результаты применения КМПП заключаются в открытии ряда месторождений, уточнении контуров нефтегазоносности известных месторождений, выявлении перспективных аномалий поглощения.
Название этой группе методов дала работа М.Б.Рапопорта (1969). в дальнейшем в КМШ1 были включены алгоритмы, не использующие в явном виде корреляционный анализ, но их объединяют общие теоретические и методические принципы, прежде всего - интегральная" оценка спектральных характеристик протя¬женного участка колебаний как отрезка квазистационарного слу¬чайного процесса..
Развиваемый в диссертации параметрический аппарат бази-руется на этом подходе и органически включается в КМПП. В первой главе приводятся краткие сведения об алгоритмах, вклю-ченных в КМЖІ.
Разные алгоритмы используют различные оценки спектра сейсмической записи. Под оценкой понимается сглаженные по времени и по координате те или иные преобразования колебаний (косинус, кепстрапьноэ преобразование, И1Ф, и т.п.).
Все алгоритмы, включенные в КМПП, используют предположения о случайности последовательности коэффициентов отражения и как

-5-
слеяствие - равномерности ее осредшшого спектра. Отклонение спектров реальных импульсных трасс от равномерного вносят максшальше погрешности в эти методы (если ке используется коррекция по скважинным данным).
Для подавления искажающего влияния импульсной трассы используется осреднение спектров, различные окна, кепстральний и эквивалентный ему лог-спектральный алгоритаы (Э.Данкварт, У.Патцер, 1982), и др. Самым эффективным средством в большин-стве случаев является применение кепстрального и лог-спектрального анализа. К сожалению, их использование наталкива¬ется на ряд трудностей. Наличие интенсивного шума делает не¬корректной операцию логарифмирования спектра, что приводит к низкой помехоустойчивости алгоритмов. Даже в отсутствии помех взвешивание кепстра или сглаживание логарифмического спектра не позволяет полностью компенсировать влияние импульсной трассы на оценку спектра сигнала. При сильном сглаживании искажается и сама сигнальная компонента логарифма. Количество фрагментов (подинтервалов), необходимых для осреднения, должно быть вели¬ко, чего трудно достичь при обработке реальных сейсмических трасс. Тем не менее, в нестоящее время эти алгоритмы пред¬ставляют собой самый эффективный способ борьбы с влиянием импульсной трассы. Создание альтернативных подходов, свободных в той или иной мере от перечисленных недостатков, может быть осуществлено на основе параметрических методов.
Сравнение возможностей всех существующих параметрических методов определения спектральных оценок и поглощения целе-сообразно проводить на постоянном наборе моделей. С этой целью автором совместно с В.И.Рыжковнм разработан комплекс программ, позволяющий получать модели для тестирования и исследования новых разрабатываемых алгоритмов и программ. Создан банк моде¬лей, различающийся слоистостью и поглощающими свойствами. Все дальнейшие исследования проводились на этом материале.
Во второй главе рассматриваются оценки спектров на основе моделей авторегрессии (АР) и авторегрессии-скользящего среднего (АРСС). Доказывается правомерность описания сейсмической трассы моделями АР и АРСС.
Можно показать, что любой стационарный процесс скользяще¬го среднего с финитной длиной сигнала можно представить про¬цессом авторегрессии бесконечного порядка. На практике, благо¬даря быстрому затуханию модели авторегрессии, бывает доста-

-6-
точно выбрать невысокий порядок (длину модели) авторегрессии, чтобы достаточно точно аппроксимировать процесс скользящего среднего. Выбор большого порядка модели мокет приводить к большим погрешностям вычислений, связанным как с недостаточным объемом данных, так и с обычными ■ сложностями решения больших систем уравнений. Поэтому, следует применять регуляризацию алгоритмов, чтобы сделать их более устойчивыми. Разработанные методы регуляризации описаны в 3 главе.
Применение параметрических методов спектрального анализа в геофизике развивается на основе принципа максимальной энтропии (J.P.Burg, 1968). Оценка спектральной плотности максимальной энтропии (МЭ) быстро завоевала популярность и в общем случае оказалась лучше стандартных оценок. До настоящего времени оцен¬ка максимальной энтропии в основном применяется для выделения гармоник из шума, а не для оценки спектра сейсмического импуль¬са, хотя была предложена для решения этой задачи.
При традиционных методах спектрального оценивания под¬разумевают взвешивание данных или функции автокорреляции, т.е. данные полагаются нулевыми за пределами интервала наблюдения. Иногда такой подход называют методом "взвешивающих функций'', т.к. для плавного перехода от данных к нулевым участкам при-меняется функция окна.