Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 502, № 2, стр. 90-94

ВВЕДЕНИЕ

Сейсморазведочные работы на обширной территории Восточной Сибири выполняются в сейсмогеологических условиях различной сложности. Получение качественного динамического сейсмического изображения для района работ является первоочередной задачей в условиях контрастных неоднородностей верхней части разреза (ВЧР). Один из способов решения этой задачи, получивший широкое распространение в промышленности, заключается в построении так называемой эффективной глубинно-скоростной модели, обеспечивающей компенсацию скоростных аномалий и расчета статических поправок. Однако для наиболее сложного приповерхностного строения среды, например, широко распространенных в Восточной Сибири, трапповых интрузий и туфогенных образований в верхней части разреза, точность и информативность скоростных моделей ВЧР, полученных на основании такого подхода, включая томографическое уточнение, оказывается недостаточным.

Таким образом, требуется другой подход, гарантирующий более точное и полное определение глубинно-скоростной модели ВЧР. В работе предложено использовать для этого метод обращения полного волнового поля и приведены результаты численных экспериментов для реалистичных моделей, характерных для ряда районов Восточной Сибири.

МЕТОД

Обратная динамическая задача сейсморазведки заключается в решении нелинейного операторного уравнения [1–3]:

где $F:M \to D$ – нелинейный оператор прямой задачи, описывающей процесс распространения волн в среде, отображающий пространство моделей $M$ в пространство данных $D$. Метод обращения полного волнового поля при этом сводится к применению нелинейного метода наименьших квадратов для уравнения (1). Для этих целей вводится следующий целевой функционал где ${{d}^{{{\text{obs}}}}}$ – наблюденные данные, $F(m)$ – синтетические данные, рассчитанные для текущей модели m. Отыскание точки минимума этого функционала в пространстве допустимых моделей и составляет основу метода обращения полного волнового поля – FWI (от англ. Full Waveform Inversion).

ЧИСЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

В представленных далее численных экспериментах использовалась разработанная в ООО “РН-Эксплорейшн” реалистичная модель, представленная на рис. 1. Горизонтальный размер модели равен 24 км, а ее глубина – 2.8 км. Основная сложность в восстановлении глубинно-скоростной модели ВЧР вызвана присутствием трапповых интрузий, скорость распространения продольных волн в которых достигает 6500 м/c. Таким образом, перепад скоростей в интрузии и во вмещающей среде достигает 4500 м/c. Именно этот факт, наряду со сложной формой интрузии, существенно осложняет применение стандартных подходов к восстановлению глубинно-скоростной модели ВЧР.

Пример синтетической сейсмограммы, рассчитанной с учетом кратных волн, вызванных наличием свободной поверхности, приведен на рис. 2. Для решения обратной задачи была использована поверхностная система наблюдения, расположенная на свободной поверхности, с шагами по источникам и приемникам соответственно 100 и 25 м. В качестве зондирующего сигнала использовался импульс Рикера с доминирующей частотой 30 Гц. В качестве начального приближения мы взяли вертикально-неоднородную модель (см. рис. 1), построенную по “скважинной” информации, взятой в истинной модели на горизонтальном удалении 20 км с последующим ее Гауссовым сглаживанием и добавлением рельефа свободной поверхности. Таким образом, используемая для старта итерационного процесса глубинно-скоростная модель не содержала никакой информации о наличии высокоскоростных аномалий ВЧР.

Как было показано авторами ранее [4, 5], привлечение кратных волн, связанных со свободной поверхностью, снижает разрешающую способность и информативность результатов обращения полного волнового поля, но увеличивает их устойчивость в присутствии некоррелированных помех. Поэтому на первом этапе полноволнового обращения используется все волновое поле, включая кратные волны, связанные с наличием свободной поверхности. Глубинно-скоростная модель ВЧР, построенная в результате первого этапа реализации метода обращения полного волнового поля, приведена на рис. 3. Обращение производилось в области временных частот в диапазоне от 3 до 10 Гц, а целевая область ограничивалась глубиной в 1 км. Как можно видеть, при этом удается успешно идентифицировать высокоскоростные аномалии, однако области непосредственно под траппами восстановлены со значительными искажениями. Поэтому на последующих этапах обращения для улучшения качества восстановленной модели использовались данные с подавленными кратными волнами, связанными со свободной поверхностью.

При обращении в области временных частот общепринятой практикой является использование их перекрывающихся интервалов. В данном случае после выполнения обращения в частотном диапазоне [3–10] Гц (без подавления кратных волн и с их подавлением) мы использовали следующий набор частотных групп: [8–20] Гц, [15–30] Гц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе реализован подход к реконструкции глубинно-скоростной модели ВЧР на основе метода обращения полного волнового поля. Как было показано ранее, привлечение кратных волн, связанных со свободной поверхностью, снижает разрешающую способность этого подхода, но повышает устойчивость решения в присутствии некоррелированных помех. Поэтому на первом этапе полноволнового обращения используется все волновое поле, включая кратные волны, связанные с наличием свободной поверхности. Далее используются данные после подавления кратных волн. Полученные результаты демонстрируют способность метода обращения полного волнового поля восстанавливать сложные геологические структуры ВЧР даже в присутствии высокоскоростных аномалий (трапповые интрузии).