Description:

"First Break том 23, Январь 2005", "Техническая статья", "Imaging Shallow Subsurface Inhomogeneities by 3D Multipath Diffraction Summation Построение изображения приповерхностных неоднородностей с использованием многолучевого дифракционного суммирования" Владимир Штивельман* и Шемер Кейдар* Vladimir Shtivelman* and Shemer Keydar* Представляем новый метод построения изображения неглубокозалегающих замкнутых неоднородностей земной толщи. Этот метод основан на трехмерном дифракционном суммировании с использованием многолучевого подхода, при котором для каждой отображаемой точки суммируется поле волн вдоль всевозможных траекторий распространения дифрагированных волн. Одним из главных преимуществ этого метода является то, что он не требует информации о распределении скоростей по глубине. Использование этого метода на примере сейсмических данных показывает, что можно получать четкие изображения подземных объектов вблизи их истинного пространственного положения. Предлагаемая методика построения изображения может быть модифицирована с помощью разнообразных приложений, основанных на суммировании сейсмических данных во временной области, например суммирования по ОСТ, миграции во временной области до и после суммирования, и других. Введение Обнаружение и картирование замкнутых приповерхностных неоднородностей является важной проблемой в приложении к разнообразным задачам, среди которых исследования площадок под строительство, экологические и археологические изыскания и другие задачи. Типичным примером таких неоднородных объектов являются пустоты, пещеры и туннели. С этими целями были разработаны различные геофизические методики. В частности, для построения изображения приповерхностных неоднородностей были предложены две группы сейсмических методов. В первой группе методик используются волны, дифрагированные или рассеянные на приповерхностных объектах (Landa и Keydar 1987; Kanasevich и Phadke 1988; Belfer и др. 1998; Landa и Keydar 1998). В методиках используются поверхностные волны, которые содержатся в сейсмических записях (Park и др., 1998; Leparoux и др., 1999; Shtivelman 2002, 2003). Серьезным недостатком обеих групп методик является то, что они являются методиками 2D, тогда как картируемые объекты являются трехмерными. Картирование таких объектов с помощью метода 2D может дать надежные результаты только в том случае, если целевой объект расположен под сейсмическим профилем, вдоль которого произведены исследования. Если это не так, построенное изображение будет неудачным или окончательный результат будет пространственно размыт или будет иметь неверное местоположение. С целью преодоления этой проблемы, мы предлагаем новую методику построения изображения с использованием дифрагированных волн для 3D случая. Наш подход предполагает, что каждая точка пространства 3D является предполагаемой точкой дифракции, и ее картирование выполняется с помощью суммирования сейсмической энергии вдоль всевозможных осей синфазности дифрагированных волн (задаваемых геометрией источник-приемник). Предположим, что источники и приемники расположены на поверхности (ZS = ZR = 0) и введем следующие обозначения: Мы можем переписать выражение (1) в следующей форме: Можно легко заметить, что для разных значений V и фиксированного значения TD, выражение (5) задает семейство поверхностей равных времен дифрагированной волны различной формы и с одной вершиной на времени 2TD. Если известно точное значение V, то для каждого фиксированного (XD, YD, ZD) дифрагирующий объект может отображаться путем суммирования сейсмических волн по поверхности равных времен дифрагированной волны, задаваемой выражением (5): где US,R(T) - сейстрасса для заданного положения источника и приемника, суммирование выполняется для всевозможных положений источника и приемника. Если скорость неизвестна, ее можно оценить путем нахождения максимума некой функции (например, подобия). Хотя в пространстве 3D чувствительность и разрешение оценочных значений, получаемых с помощью такой функции, обычно невысоки. Альтернативным способом построения изображения дифрагирующих объектов, который не требует оценки скорости, является многолучевой подход (Keydar 2004), который можно описать следующим выражением: где внешнее суммирование выполняется для всех возможных значений скорости в пределах задаваемого диапазона. Построение изображения дифрагирующего объекта, определяемого выражением (7), означает, что для каждой отображаемой точки сейсмические амплитуды суммируются вдоль всех возможных траекторий дифрагированных волн, заданных выражением (5). Благодаря усиливающей и ослабляющей интерференции амплитуд, которые привносятся каждой траекторией дифрагированной волны, получают картину дифракции, близкую к той, которая получается при суммировании с правильной скоростью. Кейдар (Keydar, 2004) показал, что подход многолучевого суммирования имеет сходства с принципом интеграла Фейнмана по контуру; он может давать четкие изображения и сохранять форму исходного сигнала даже при низком соотношении сигнал-шум. Пример 1: Построение изображения неглубокой каверны Рассмотрим пример, который иллюстрирует применение предлагаемого подхода на примере данных малоглубинной методики многолучевого суммирования. Срезы сейсмической съемки были получены вблизи скважины; в диапазоне глубин 21-27 м в слое соли была встречена каверна, заполненная водой. Предполагается, что каверна будет представлять собой дифрагирующий объект. Сейсмическая съемка, выполненная на этом объекте, включала в себя два приемных профиля и пять взрывных профилей, они схематически показаны на рисунке 2. Длина каждого профиля 120 м. Скважина располагалась вблизи центра третьего взрывного профиля (X = 60 м, Y = 40 м). Расстояние между взрывными профилями 5 м; расстояния между источниками и приемниками 2.5 м. В качестве источника сейсмических волн использовался Digipulse (источник типа падающий груз, установленный на грузовике); в качестве регистрирующего устройства использовалась 48-канальная сейсмостанция Strata View. На рисунке 3 показаны три исходные (необработанные) записи с различных взрывных профилей. На данных заметно присутствие высокоамплитудных поверхностных волн; признаков дифрагированных волн не встречено. На рисунке 4 показаны результаты картирования дифрагирующего объекта, полученного с помощью многолучевого суммирования, определяемого выражением (7). Результаты представлены в глубинной области, для удобства проведения сравнения с известным пространственным положением каверны. С этой целью мы использовали значение скорости, равное 800 м/с, эта оценка получена по данным съемки МПВ, которая ранее проводилась на этом объекте. На рисунке показаны вертикальные срезы результатов 3D дифракционного суммирования в плоскости (X, Z) для пяти значений Y. На срезах четко видна аномалия с ослаблением амплитуды с удалением от точки расположения скважины (Y = 10 м). Ключевые слова: break, дифрагированный волна, использоваться, источник приёмник, proceedings, дифракция, срез, получать, взрывной профиль, вблизи, профиль, расстояние, выполняться, phadke, метод, задать, реальный, синтетический, отображать, дифрагировать волна, изображение, дифрагирующий объект, взрывной, surface, расположенный, суммирование, форма, использование, цель, рисунок, максимум, eage, положение, равный, вершина, траектория, wave, kanasevich, пространственный, следующий, январь, скорость, возможный, приемник, выражение, область, диапазон, landa, shallow, geophysics, расположить, истинный, получить, приповерхностный неоднородность, волна, показать, представить, приёмник, результат, модель, требовать, глубинный область, неоднородность, многолучевой суммирование, сейсмический, предлагать, построение, shtivelman, замкнутый, точечный дифрагировать, break январь, hibbs, фиксировать, значение, методика, поверхность, keydar, определять, задавать, detection, картирование, источник, чёткий, каверна, пространство, точка, статья, imaging, дифрагирующий, показывать, точечный, подход, исследование, временной область, предполагать, глубина, дифракционный, построение изображение, технический, дифракционный суммирование, группа, запись, соответствовать, технический статья, seismic, meeting, дифрагировать объект, съёмка, приповерхностный, частность, объект, скважина, всевозможный, дифрагировать, дать, многолучевой, траектория дифрагировать