Обработка материалов способа ОГТ

 

Задачи обработки и алгоритм

 

Получаемые в процессе полевых работ сейсмограммы содержат значительную долю нежелательных волн-помех и мешающих колебаний, а полезные волны неудобны для интерпретации. Поэтому первичные сейсмограммы обрабатываются с использованием самой современной компьютерной техники. В результате выполнения процедур обработки сейсмограммы преобразуются во временной или глубинный разрез - материал для геологического толкования. По известным признакам на полученных разрезах выделяются аномальные участки, с которыми связываются скопления полезных ископаемых.

Анализ алгоритмов обработки данных метода ОГТ определяет основные требования к аппаратуре. Обработка, предусматривающая выборку каналов (формирование сейсмограмм ОГТ), АРУ, введение статических и кинематических поправок, может выполняться на специализированных аналоговых машинах. При обработке, включающей операции определения оптимальных статических и кинематических поправок, нормирование записи (линейное АРУ), различные модификации фильтрации с вычислением параметров фильтров по исходной записи, построение скоростной модели среды и преобразование временного разреза в глубинный, аппаратура должна обладать широкими возможностями, обеспечивающими систематическую перенастройку алгоритмов. Сложность перечисленных алгоритмов и что особенно важно, их непрерывное видоизменение в зависимости от сейсмогеологической характеристики исследуемого объекта обусловили выбор универсальных электронно-вычислительных машин в качестве наиболее эффективного инструмента для обработки данных метода ОГТ.

Обработка данных метода ОГТ на ЭВМ позволяет оперативно реализовать полный комплекс алгоритмов, оптимизирующих процесс выделения полезных волн и их преобразование в разрез. Широкие возможности ЭВМ в значительной степени определили применение цифровой регистрации сейсмических данных непосредственно в процессе проведения полевых работ.

Вместе с тем в настоящее время значительная часть сейсмической информации регистрируется аналоговыми сейсмическими станциями. Сложность сейсмогеологических условий и связанный с ними характер записи, а также тип аппаратуры, используемый для регистрации данных в поле, определяют процесс обработки и тип обрабатывающей аппаратуры. В случае аналоговой регистрации обработка может выполняться на аналоговых и цифровых машинах, при цифровой регистрации - на цифровых машинах.

Система для цифровой обработки включает универсальную ЭВМ и ряд специализированных внешних устройств. Последние предназначены для ввода - вывода сейсмической информации, выполнения отдельных непрерывно повторяющихся вычислительных операций (свертка, интеграл Фурье) со скоростью, существенно превышающей скорость основного вычислителя, специализированных графопостроителей и просмотровых устройств. В ряде случаев весь процесс обработки реализуется двумя системами, использующими в качестве основных вычислителей ЭВМ среднего класса (препроцессор) и ЭВМ высокого класса (основной процессор). Система, базирующаяся на ЭВМ среднего класса, применяется для ввода полевой информации, преобразования форматов, записи и ее размещения в стандартной форме на накопителе магнитной ленты (НМЛ) ЭВМ, воспроизведения всей информации с целью контроля полевой записи и качества ввода и ряда стандартных алгоритмических операций, обязательных для обработки в любых сейсмогеологических условиях. В результате обработки данных на выходе препроцессора в двоичном коде в формате основного процессора могут быть записаны исходные сейсмические колебания в последовательности каналов сейсмограммы ОПВ и сейсмограммы ОГТ, сейсмические колебания, исправленные за величину априорных статических и кинематических поправок. Воспроизведение трансформированной записи помимо анализа результатов ввода позволяют выбрать алгоритмы последующей обработки, реализуемой на основном процессоре, а также определить некоторые параметры обработки (полосу пропускания фильтров, режим АРУ и т.д.). Основной процессор, при наличии препроцессора, предназначен для выполнения главных алгоритмических операций (определение скорректированных статических и кинематических поправок, вычисление эффективных и пластовых скоростей, фильтрация в различных модификациях, преобразование временного разреза в глубинный). Поэтому в качестве основного процессора используются ЭВМ с большим быстродействием (10⁶ операций в 1 с), оперативной (32-64 тыс. слов) и промежуточной ( диски емкостью 10⁷ - 10⁸ слов) памятью. Использование препроцессора позволяет повысить рентабельность обработки за счет выполнения ряда стандартных операций на ЭВМ, стоимость эксплуатации которой существенно ниже.

При обработке на ЭВМ аналоговой сейсмической информации обрабатывающая система оснащается специализированной аппаратурой ввода, главным элементом которой является блок преобразованиянепрерывной записи в двоичный код. Дальнейшая обработка полученной таким образом цифровой записи полностью эквивалентна обработке данных цифровой регистрации в поле. Использование для регистрации цифровых станций, формат записи которых совпадает с форматом НМЛ ЭВМ, исключает необходимость в специализированномвводном устройстве. Фактически процесс ввода данных сводится к установке полевой магнитофонной ленты на НМЛ ЭВМ. В противном случае ЭВМ оснащается буферным магнитофоном с форматом, эквивалентным формату цифровой сейсмостанции.

Специализированные устройства цифрового обрабатывающего комплекса.

Прежде чем переходить к непосредственному описанию внешних устройств, рассмотрим вопросы размещения сейсмической информации на лепте ЭВМ (магнитофона цифровой станции). В процессе преобразования непрерывного сигнала амплитудам отсчетных значений, взятых через постоянный интервал δt, приписывается двоичный код, определяющий ее численную величину и знак. Очевидно, что число отсчетных значений c на данной t трассе с длительностью полезной записи t равно с = t/δt+1, а общее число с' отсчетных значений на m-канальной сейсмограмме с' = сm. В частности, при t = 5 с, δt = 0,002 с и m == 24, с = 2501, а с' = 60024 чисел, записанных в двоичном коде.

В практике цифровой обработки каждое числовое значение, являющееся эквивалентом данной амплитуды, принято именовать сейсмическим словом. Число двоичных разрядов сейсмического слова, называемое его длиной, определяется числом разрядов преобразователя аналог - код цифровой сейсмостанции (устройства ввода при кодировании аналоговой магнитной записи). Фиксированное число двоичных разрядов, которым оперирует цифровая машина, выполняя арифметические действия, принято именовать машинным словом. Длина машинного слова определяется конструкцией ЭВМ и может совпадать с длиной сейсмического слова либо превышать его. В последнем случае при вводе в ЭВМ сейсмической информации в каждую ячейку памяти, емкостью в одно машинное слово, заносится несколько сейсмических слов. Такая операция именуется упаковкой. Порядок размещения информации (сейсмических слов) на магнитной ленте накопителя ЭВМ либо магнитной ленте цифровой станции определяется их конструкцией и требованиями алгоритмов обработки.

Непосредственно процессу записи цифровой информации на ленту магнитофона ЭВМ предшествует этап ее разметки на зоны. Под зоной понимается определенный участок ленты, рассчитанный на последующую запись k слов, где k = 2, а степень n = О, 1, 2, 3., причем 2 не должно превышать емкость оперативной памяти. При разметке на дорожках магнитной ленты записывается код, обозначающий номер зоны, а последовательность тактовых импульсов отделяет каждое слово.

В процессе записи полезной информации каждое сейсмическое слово (двоичный код отсчетного значения) регистрируется на отделяемый серией тактовых импульсов участок магнитной ленты в пределах данной зоны. В зависимости от конструкции магнитофонов применяется запись параллельным кодом, параллельно-последовательным и последовательным кодом. При параллельном коде число, являющееся эквивалентом данной отсчетной амплитуды, записывается в строке, поперек магнитной ленты. Для этого используется многодорожечный блок магнитных головок, число которых равно числу разрядов в слове. Запись параллельно-последовательным кодом предусматривает размещение всей информации о данном слове в пределах нескольких строк, располагаемых последовательно одна за другой. Наконец, при последовательном коде информация о данном слове записывается одной магнитной головкой вдоль магнитной ленты.

Количество машинных слов K₀ в пределах зоны магнитофона ЭВМ, предназначенной для размещения сейсмической информации, определяется временем t полезной записи на данной трассе, шагом квантования δt и количеством сейсмических слов r, пакуемых в одно машинное слово.

Таким образом, первый этап обработки на ЭВМ сейсмической информации, зарегистрированной цифровой станцией к мультиплексной форме, предусматривает ее демультиплексирование, т.е. выборку отсчетных значений, соответствующую их последовательному размещению на данной трассе сейсмограммы вдоль оси t и их запись в зону НМЛ, номер которой программно приписан данному каналу. Ввод аналоговой сейсмической информации в ЭВМ в зависимости от конструкции специализированного вводного устройства может выполняться как поканально, так и в мультиплексном режиме. В последнем случае машина по заданной программе выполняет демультиплексирование и запись информации в последовательности отсчетных значений на данной трассе в соответствующую зону НМЛ.

Условия приема упругих волн

При импульсном возбуждении всегда стремятся создать в источнике резкий и короткий по времени импульс, достаточный для образования интенсивных волн, отраженных от исследуемых горизонтов. Сильными средствами воздействия на форму и длительность этих импульсов во взрывных и ударных источниках мы не располагаем. Не располагаем мы также высокоэффективными средствами воздействия на отражающие, преломляющие и поглощающие свойства горных пород. Однако сейсморазведка располагает целым арсеналом методических приемов и технических средств, позволяющих в процессе возбуждения и особенно регистрации упругих волн, а также в процессе обработки полученных записей наиболее ярко выделить полезные волны и подавить мешающие их выделению волны-помехи. С этой целью используются различия в направлении прихода волн разного типа к земном поверхности, в направлении смещения частиц среды за фронтами приходящих волн, в частотных спектрах упругих волн, в формах их годографов и т.п.

Упругие волны регистрируются комплектом достаточно сложеной аппаратуры, монтируемой в специальных кузовах, устанавливаемых на высоко проходимых транспортных средствах - сейсмических станциях.

Комплект приборов, регистрирующих колебания почвы, вызванные приходом упругих волн в той или иной точке земной поверхности, называют сейсморегистрирующим (сейсмическим) каналом. В зависимости от числа точек земной поверхности, в которых одновременно регистрируется приход упругих волн, различают 24-, 48-канальные и более сейсмостанции.

Начальным звеном сейсморегистрирующего канала является сейсмоприемник, воспринимающий колебания почвы, обусловленные приходом упругих волн и преобразующий их в электрические напряжения. Так как колебания почвы очень малы, электрические напряжения, возникающие на выходе сейсмоприемника, перед регистрацией усиливаются. С помощью пар проводов напряжения с выхода сейсмоприемников подаются на вход усилителей, смонтированных в сейсмостанции. Для соединения сейсмоприемников с усилителями используется специальный многожильный сейсмический кабель, который обычно называют сейсмической косой.

Сейсмический усилитель представляет собой электронную схему, усиливающую подаваемые на его вход напряжения в десятки тысяч раз. Он может с помощью специальных схем полуавтоматических либо автоматических регуляторов усиления или амплитуд (ПРУ, ПРА, АРУ, АРА) усиливать сигналы. Усилители включают специальные схемы (фильтры), позволяющие необходимые частотные составляющие сигналов усиливать максимально, а другие - минимально, т.е. осуществлять их частотную фильтрацию.

Напряжения с выхода усилителя поступают на регистратор. Используется несколько способов регистрации сейсмических волн. Ранее наиболее широко использовался оптический способ регистрации волн на фотобумаге. В настоящее время упругие волны регистрируются на магнитной пленке. В том и другом способе перед началом регистрации фотобумага либо магнитная пленка приводятся в движение с помощью лентопротяжных механизмов. При оптическом способе регистрации напряжение с выхода усилителя подается на зеркальный гальванометр, а при магнитном способе - на магнитную головку. Когда на фотобумаге или на магнитной пленке производится непрерывная запись, волнового процесса способ записи называют аналоговым. В настоящее время наибольшее применение получает дискретный (прерывистый) способ записи, который обычно называют цифровым. В этом способе в двоичном цифровом коде регистрируются мгновенные значения амплитуд напряжений на выходе усилителя, через равные интервалы времени ∆t изменяющиеся от 0,001 до 0,004с. Такая операция носит название квантования по времени, а принятую при этом величину ∆t называют шагом квантования. Дискретная цифровая регистрация в двоичном коде дает возможность использовать для обработки сейсмических материалов универсальные ЭВМ. Аналоговые записи могут быть обработаны на ЭВМ после их преобразования в дискретную цифровую форму.

Запись колебаний почвы в одной точке земной поверхности обычно называют сейсмической трассой или дорожкой. Совокупность сейсмических трасс, полученных в ряде смежных точек земной поверхности (либо скважины) на фотобумаге, в наглядной аналоговой форме составляет сейсмограмму, а на магнитной пленке - магнитограмму. В процессе записи на сейсмограммах и магнитограммах наносятся марки времени через 0,01с, и отмечается момент возбуждения упругих волн.

Любая сейсморегистрирующая аппаратура вносит некоторые искажения в записываемый колебательный процесс. Для выделения и отождествления однотипных волн на соседних трассах необходимо, чтобы вносимые в них искажения на всех трассах были одинаковыми. Для этого все элементы регистрирующих каналов должны быть идентичны друг другу, а вносимые ими искажения в колебательный процесс - минимальными.

Магнитные сейсмические станции снабжаются аппаратурой, позволяющей воспроизвести запись в форме, пригодной для ее визуального рассмотрения. Это необходимо для визуального контроля за качеством записи. Воспроизведение магнитограмм производится на фото, обычную либо электростатическую бумагу с помощью осциллографа, перописца либо матричного регистратора.

Кроме описанных узлов сейсмостанции снабжаются источниками питания, проводной или радиосвязью с пунктами возбуждения, различными контрольными панелями. В цифровых станциях имеются преобразователи аналог-код и код-аналог для преобразования аналоговой записи в цифровую и наоборот и управляющие их работой схемы (логика). Для работы с вибраторами станция имеет коррелятор. Кузова цифровых станций делаются пыленепроницаемыми и снабжаются оборудованием для кондиционирования воздуха, что особенно важно для качественной работы магнитных станций.

Заключение

 

Внедрение метода ОГТ привело к существенному повышению геологической эффективности сейсморазведки во многих нефтегазоносных районах страны. Позволило приступить к изучению сложнопостроенных областей в глубинных этажах разреза, в том числе структур приразломного типа в Нижнем Поволжье и на акватории Черного моря, зон стратиграфического и литологического выклинивания пород в Западном Предкавказье и в южной части Западно-Сибирской платформы.

При проведении полевых работ МОГТ с целью повышения эффективности получил применение ряд методических усовершенствований, основными из которых считаются: способы формирования короткого импульса с целью повышения разрешающей способности метода - системы с большими удалениями с целью лучшего ослабления кратных волн; регистрация колебаний в области низких частот с целью картирования фундамента и подсолевых горизонтов, с которыми связаны низкочастотные отраженные волны; опробование новых источников; системы с кратностью в зонах интенсивных помех с целью их ослабления. Однако следует отметить, что объемы и уровень этих работ совершенно недостаточны.

При обработке материалов ОГТ, осуществляемой на аналоговых и цифровых машинах примерно в равных объемах, используются усовершенствования и дополнительные блоки, что позволяет повысить эффективность и производительность использования машин. Совершенствуются способы оптической обработки, которые применяются на разных этапах комплексной машиной обработки и дают возможность оперативно анализировать исходную сейсмическую информацию или данные обработки, а также улучшать прослеживаемость полезных волн в стадии интерпретации результатов суммирования по системам ОГТ.