Влияние направления сбора данных на получение изображения миграции глубин перед суммирование

Arbeit macht frei

1

Влияние направления сбора данных на получение изображения миграции глубин перед суммированием (preSDM) Ian F. Jones, Huibert Baud, Bill Henry, Andrew Strachan, Jan Kommedal и Miro Gainski

Введение Для участка работ, расположенного в южной части Северного моря и содержащей данные нескольких различных полевых сезонов, была применена модель скорость-глубина, общая для всей площади. Окончательные результаты оказались хорошими. Для целевых горизонтов продемонстрировано ожидаемое постепенное улучшение при переходе от postSTM через postSDM к preSDM. В качестве отдельного иссследования, мы изучили влияние направления сбора данных на качество окончательного изображения. С этой целью мы выбрали данные двух полевых сезонов, которые были получены путем отстрела во взаимно перпендикулярных направлениях, но с одинаковыми параметрами регистрации. Имеется область перекрытия данных, достаточная для того, чтобы получить полное изображение исследуемого участка. Чтобы оценить эффекты освещения целевого объекта при отстреле по падению и по простиранию, мы применили лучевой метод. Используя действительные зарегистрированные положения по двум съемкам, мы выполнили построение луча по двум точкам в пространстве при конечном выносе (3D two-point finite offset ray tracing). Наши предварительные выводы, что отстрел по падению должен лучше подходить для получения изображения перед суммированием, в общем, были поддержаны. К тому же, для большей части зоны перекрытия, изображения, сформированные по данным обеих съемок, были весьма сходными. На основе независимых съемок во взаимно перпендикулярных направлениях, выполнена одна и та же интерпретация, что обнадеживает. Однако это не распространяется на некоторые определенные случаи; например, влияние сноса косы на область прослеживания границ в разрезе оказалось значительным для данных, полученных при отстреле по падению. Отстрел для загущения сети профилей (infill seismic shooting) проектировалось с учетом кратности на поверхности, но без учета кратности в разрезе на уровне объекта исследования. Пытаясь оценить возможное присутствие трещин, вызванных азимутальной анизотропией в перекрывающей толще, которая может заявить о себе в виде различия съемок по скоростям, мы выполнили скоростной анализ ОГТ preSDM в пространстве независимо для данных различных лет в области перекрытия.

Arbeit macht frei

2

Предпосылки Направление отстрела при трехмерных морских работах оказало влияние на нашу способность определить скорости, выполнить суммирование и отобразить полученные сейсмические данные. При принятии решения о направлении отстрела чаще руководствовались практическими (или финансовыми) соображениями, нежели геофизическими. На этом фоне, геофизики-обработчики должны предоставить высококачественные результаты независимо от ограничений, налагаемых условиями сбора данных. Доказано (Bernitsas и др., 1997), что при отстреле по простиранию в случае сложных или цилиндрических структур, появляются многозначные траектории, которые могут привести к ошибочным изображениям. Для получения изображения preSDM этого можно избежать, применяя многозначные времена пробега, и, следовательно, учитывая энергию, которая распространилась по всем возможным траекториям P-волн. Проблема усложняется, если мы рассматриваем преобразованием типов волн. Альтернативное (и неэкономичное) решение проблемы многозначных траекторий было представлено de Bazelaire (1999), где отстрел площади производился четыре раза, причем направление каждого последующего отстрела изменялось на 45 градусов относительно предыдущего направления. Следовательно, некоторая часть каждой из четырех съемок смогла отобразить сложную структуру, являющуюся объектом исследования. Аналогичный подход применили Manin и Hun (1992), которые сопоставили результаты общепринятой обработки для съемок, отстрелянных во взаимно перпендикулярных направлениях, а также O`Connell и др. (1993) в своем эксперименте GOM Bullwinkle, проведенном компанией Shell. Во всех этих трех экспериментах имели дело с получением изображения времен после суммирования. Для случая перед суммированием, Etgen и Regone (1998) рассмотрели влияние направления отстрела для синтетических данных. В общем, выводы приведенных выше авторов можно обобщить следующим образом: •

отстрел по простиранию лучше всего подходит для обработки после суммирования (включая миграцию времен перед суммированием, которая, в конечном счете, использовалась для миграции после суммирования), поскольку позволяет избежать сложного изгибания лучей, нарушающего сумму. Однако, если расстояние между поперечными профилями слишком велико, изображение может ухудшиться за счет артефактов миграции

•

отстрел по падению лучше всего подходит для получения изображения глубин перед суммированием ниже сложной верхней части разреза

Если подходить с позиций исключительно разрешающей способности (т.е. игнорировать вопросы, относящиеся к траектории), мы можем прийти к другому выводу: если пространственная выборка была однородной и равнозначной для съемок, выполненных по простиранию и по падению, а скоростная модель была правильной, два принципа сбора данных должны давать равнозначные изображения (G.J.O. Vermeer, персональное сообщение). Однако для случаев реальных данных, рассмотренных здесь, вопросы, касающиеся разрешающей способности, будут носить второстепенный характер.

Arbeit macht frei

3

В настоящем исследовании, где сопоставляются случаи отстрела по простиранию и по падению, мы использовали времена первых вступлений для запуска миграции Кирхоффа перед суммированием. Это связано с тем, что структура не настолько сложна, чтобы формировалось чрезмерное количество головных волн. В начале работ методом отстрела по взаимно перпендикулярным направлениям, мы ставили целью оценить, будут ли различия в отображении песков красного лежня, обусловленные азимутальными изменениями скорости в перекрывающем эвапоритовом комплексе цехштайна. Однако мы установили, что независимо анализируемые скорости различаются незначительно, и осталась следующая проблема: почему изображения для одних участков изображения получаются столь различными, а для других нет? Пытаясь разобраться в этом вопросе, мы предприняли дальнейшие исследования с целью оценить влияние области прослеживания границы в разрезе на качество изображения.

Методы Уточнение скоростной модели было выполнено с применением сканирования ОГТ (CRP-scanning); ОГТ рассчитывались по отклоненным сериям времен пробега (Audebert и Diet, 1996; Jones и др., 1998). Модель содержит семь слоев, включая заполненную мелом структуру грабена в перекрывающей толще, с соответствующими вертикальными градиентами уплотнения. Для прогона были использованы данные трех полевых сезонов, но в детальном исследовании, рассмотренном здесь, участвуют данные только двух сезонов. Причина заключается в том, что эти два объема данных были получены последовательно, с применением одного и того же судна и одинаковых параметров оборудования и регистрации; единственным отличием было направление отстрела (в данном случае – перпендикулярно к предыдущему направлению; рис.1). Для съемок 1 и 2, где использовалось одно и то же судно, регистрация производилась с применением двух источников и трех стримеров длиной 2100 м; расстояние между продольными профилями составило 12.5 м, а между поперечными профилями – 18.75 м. Входными данными для процесса миграции были 36-кратные данные; выходными – 18-кратные данные ОГТ. Отстрел в перпендикулярном направлении был предпринят потому, что к югу участка структура грабена поворачивается приблизительно на 90°; следовательно, работы на севере и на юге проектировались так, чтобы выполнить отстрел «по падению» к преобладающему структурному направлению. В дополнение к скоростному анализу развертки ОГТ (CRP-scan velocity analysis), который использовался для уточнения поля скоростей preSDM, мы

Arbeit macht frei

4

применили также непрерывный скоростной анализ (Doicin и др., 1995) с целью исследования вопроса азимутальной анизотропии (см. далее).

Рис.1 Топографическая карта и карта по кровле триасовой структуры

Качество изображения для двух съемок Обзор результатов производственных работ можно найти в статье Henry и др. (1988). На рис.2 показан представительный трехмерный разрез preSDM (линия LL`, показанная на рис.1). Легко просматривается заполненная мелом структура грабена, также как и интенсивное отражение от эвапоритов на глубине 2.5 км. Наблюдалось постепенное улучшение при переходе postSTM – postSDM – preSDM; это относится к прослеживанию структуры в зоне сбросообразования цехштайнского эвапоритового комплекса над песками, являющимися объектом поиска (рис.3). По полученным изображениям проведено сопоставление различных профилей. Терминология может ввести определенную путаницу, поскольку для одной съемки направление падения соответствует продольным профилям, а для другой съемки – поперечным профилям. Эти обозначения меняются местами, когда грабен поворачивается на 90 градусов к югу участка. Важно отметить, что оценки скоростей в зонах перекрытия оказались весьма сходными. Следовательно, для этих данных, мы делаем вывод, что можем одинаково хорошо оценить поля скоростей для данных, полученных в результате отстрела как по простиранию, так и по падению. Для большинства данных, полученных по падению, качество изображения структуры было очень высоким (например, в точках A и B на рис.1). В точке A, съемка 1 выполняется в направлении падения до структуры, тогда как в точке B, где грабен поворачивает, в направлении падения выполняется съемка 2. На рис.4 сравниваются несколько соседних изображений, полученных при съемках 1 и 2 в точке A, а на рис.5 такое сравнение дается для точки B. Основным фактором, обеспечивающим высокое качество изображений, является их более плотная пространственная выборка.

Arbeit macht frei

5

Рис.2 Продольный профиль 420 в окончательном варианте 3D preSDM

Рис.3 Сопоставление изображений до и после суммирования

Однако, в точке C (рис.1), где съемка 1 также ориентирована по падению, профили, показанные на рис.6a и b, показали, что это результат отображения по простиранию (рис.6b = съемка 2 = направление простирания), которое в этом случае обладает более высоким качеством с точки зрения разрешающей способности и структурной простоты. Изображение по падению (рис.6a = съемка 1 = направление падения) выглядит хуже. Соответствующие выборки из центра этих изображений (рис.6c и d) показывают значительные различия в характере формы волны, особенно ее поведения в зависимости от выноса. Изображения различаются по содержанию остаточных кратных волн, а также (весьма незначительно) по остаточному нормальному приращению. Напоминаем, что в этой «производственной» фазе работ, для мигрирования данных всех трех сезонов использовалась одна «общая» скоростная модель. Следовательно, может существовать вероятность того, что скоростная модель не подходит для определенного набора данных, или является неприемлемым компромиссом для всех наборов данных в области перекрытия. Судя по выборкам, такая проблема отсутствует, поскольку все выборки являются в достаточной мере пологими. Чтобы устранить возможность различия по скорости как причины различия изображений, мы выполнили миграцию каждого объема данных несколько раз, внося отклонения в скоростную модель. Ни одно из этих изображений, полученных в результате внесения отклонения, не оказалось сходным с изображением из съемок 1 и 2; изображения в направлении простирания (съемка 2) обладали неизменно высоким качеством в точке C.

Arbeit macht frei

6

Из этих последний наблюдений был сделан следующий вывод: «общая» скоростная модель, примененная для производственной миграции по всем съемкам, подходит для различных объемов данных. Другими словами, у нас нет достаточного основания для того, чтобы предлагать другое поле скоростей для независимых объемов данных на участке перекрытия. Таким образом, говоря общим языком, в поле скоростей имеется незначительное азимутальное изменение. Интервальные скорости в слое над объектом поиска различались в зависимости от азимута весьма несущественно (это можно отнести за счет трещиноватости) и недостаточно для того, чтобы объяснить различия в изображениях. Эти расхождения рассмотрены далее. Исследование аномальных отражений в точке C показывает, что кажущееся повторение эвапоритового комплекса цехштайна является результатом осложнения помехами импульсного отклика на поперечном профиле. На рис.7 сравниваются изображения, ортогональные к профилю C, которые получены в съемках 1 и 2. Можно видеть несколько небольших фрагментов эвапоритовых рафтов (evaporite rafts). Если для съемки 2 можно хорошо различить, где заканчивается фрагмент рафта (на рис.7b обозначен R), то на соответствующем изображении для съемки 1 мы видим ложную аномалию импульсного отклика. На изображении пары профилей (продольного и поперечного) для съемки 1 (рис.8) можно четко видеть начало ложного «повторяющегося» фрагмента эвапорита. На аналогичном изображении для съемки 2 (рис.9) такие проблемы отсутствуют. Поскольку код миграции был выполнен правильно для большей части съемки, возник вопрос о причинах этих артефактов. Вполне очевидно, что мы не обнаружили «разрушающей интерференции» на определенных участках изображения съемки 1. Поэтому мы поставили под сомнение достаточность вклада в миграцию на этих участках.

Рис.4 Сопоставление съемок – A

Рис.7 Трехмерные разрезы preSDM, перпендикулярные к C

Arbeit macht frei

Рис.5 Сопоставление съемок – B

Рис.6 Сопоставление съемок – C

7

Рис.8 Съемка 1 (отстрел по падению): изображения по продольному и поперечному профилям в точке C

Рис.9 Съемка 2 (отстрел по простиранию): изображения по продольному и поперечному профилям в точке C

Чтобы оценить такой предмет спора как вклад изображения, мы выполнили построение луча по двум точкам в пространстве с конечным выносом через общую модель для обоих направлений отстрела. При этом мы получили возможность оценить различия в освещении объекта поиска. Такая оценка предполагает, что она носит в достаточной степени диагностический характер, чтобы полагаться на показания лучевой теории первых вступлений (first arrival raytheoretical indications), полученные в результате количественного анализа данной процедуры. Во-первых, мы подтвердили, что условия сбора данных, касающиеся номинальной области прослеживания поверхности, выполнены. На рис.10 сравнивается кратность для двух съемок. В обоих случаях кратность находится в пределах требований, хотя для съемки 1 потребовались дополнительные данные. На рис.11 показаны некоторые положения стримера в окрестности профиля C. Отметим, что в съемке 1 отстрел выполнялся перпендикулярно к направлению течения, и для нее характерен значительный снос косы. Напротив, в съемке 2 отстрел происходил вдоль преобладающих течений, и, следовательно, с малым сносом косы.

Arbeit macht frei

Рис.10 Карта кратности регистрации

8

Рис.11 Снос косы

Карта кратности на глубине (по кровле цехштайна) для двух съемок показана на рис.12. Как видно, съемка 1, которая проводилась по падению структуры в точке C, подвержена сильным изменениям кратности вследствие сноса косы. Построение лучей, выполненное здесь, включало также координаты всех вкладов при выполнении программы дополнительного отстрела. Другими словами, в данном случае мы можем сделать вывод, что дополнительный отстрел, предназначенный для формирования однородной кратности на поверхности, привел к неадекватной кратности на глубине. Если привести количественные данные, кратность вдоль профиля C для съемки 2 приблизительно в два раза больше, чем для съемки 1. Более четко это можно видеть на увеличенном изображении карт кратности на глубине в окрестности профиля C на рис.13. Для точки A, различия кратности на глубине не столь велики, и в точке A изображения, полученные по падению по данным съемки 1, выглядят как высококачественные. Это изменение в широких пределах количества энергии, поступающей в глубинные точки вдоль профиля C, обуславливает различие изображений. В приведенных здесь результатах мы не пытались компенсировать неприемлемые изменения вкладов в изображения. Однако, используя различные схемы взвешивания, можно в некоторой степени смягчить эти эффекты. На рис.14 дается сравнение в точке C съемки 1 (без взвешивания и с взвешиванием) и съемки 2 (без взвешивания). Схема миграции–взвешивания, примененная на центральном изображении – это схема Voronoi, где входным трассам присваиваются веса пропорционально площади полигона, который отделяет их от соседних трасс. Аналогичное сопоставление изображений, ортогональных к C, показано на рис.15.

Азимутальное различие в скоростях двух съемок В качестве конечной стадии исследований, мы детально рассмотрели незначительное азимутальное изменение поля скоростей для ряда слоев. Протяженность зоны перекрытия, где проводились исследования, показана на рис.16.

Arbeit macht frei

9

Здесь мы видим карту грида скоростей V(0) по подошве мела, где v(x,y,z) = v(x,y,0) + k(x,y)z означает анализируемую площадь. Прежде всего, мы восстановили скоростную модель в зоне перекрытия независимо для съемок 1 и 2. Это означает повторение пикинга разверток ОГТ отдельно для двух съемок (в отличие от «производственной» миграции, где уточнения скоростей были осреднены в зоне перекрытия для формирования единой модели). Результаты независимого выведения полей скоростей показаны на рис.17. В общем, различия несущественны; максимальное расхождение составляет 1.5% (или 50 м/с для скорости в меле, которая равняется 3300 м/с). Однако пикинг ОГТ был выполнен лишь на гриде 500 м × 500 м, так что, возможно, что его разрешение не достаточно для того, чтобы видеть различия. Пытаясь получить более высокое разрешение по скорости, мы предприняли несколько иной подход. Взяв выборки ОГТ из двух съемок после окончательной миграции с общей моделью скоростей, мы «аннулировали» поле скоростей миграции. Для этого мы применили обратные поправки за нормальное приращение к пологим выборкам ОГТ. Затем была использована методика плотного скоростного анализа (Adler, 1999; Jones и Baud, 1999) для получения независимых оценок скоростей на гриде размером 18.75 м × 12.5 м. Различия в скоростях (в процентах) для подошвы мела показаны на рис.18. Хотя построение независимой модели имело место в полосе шириной около 2 км, вывод полностью мигрированных перекрывающихся данных был ограничен полосой шириной около 500 м; следовательно, карта различий (в процентах) получилась более узкой. Мы видим, что по всей полосе, за исключением ее конечных участков, где апертура может вызвать сомнения, различия не превышают 1%. Единственным элементом, который нельзя связать с регистрацией данных, вероятно, является отражение, где различие составляет около 8% (в нижней части карты). В общем, мы пришли к выводу, что эти результаты являются неокончательными (неубедительными – inconclusive).

Заключение Для двух наборов данных, полученных по взаимно перпендикулярным направлениям на одной площади, изображение перекрывающих отложений было весьма сходным, без существенных различий в скоростях для основной части. Следующее предложение не закончено