Курс лекций

Сейсмическая деконволюция как способ повышения разрешающей способности

Лектор: Михаил Сергеевич Денисов (д.ф.-м.н.)

Продолжительность: 4 часа

Тематика: геофизика

Уровень сложности: средний

Краткое описание курса

Излагаются различные способы сейсмической деконволюции. По отдельности рассматриваются задачи коррекции амплитудного и фазового спектров импульса, а также оценивания и коррекции частотно-зависимого поглощения. Приводятся методические рекомендации по применению различных алгоритмов. Обсуждаются преимущества и недостатки параметрических и непараметрических подходов. Демонстрируются результаты обработки модельных и реальных данных.

Описание

Сейсмическая деконволюция применяется на самых ранних этапах обработки с целью коррекции спектра импульса, увеличения разрешающей способности данных и повышения отношения сигнал/шум. Оценивание амплитудного спектра импульса — одна из задач, решаемых в самых различных областях применения цифровой обработки сигналов. Это и одна из самых старых задач сейсморазведки, решению которой посвящено огромное количество работ. Многие алгоритмы, созданные специально для геофизики, получили широкое распространение в совершенно иных приложениях (например, метод максимальной энтропии Дж. Бурга), но оказались недостаточно эффективны в сейсморазведке. Причины этого связаны со спецификой сейсмических записей, и они будут подробно рассмотрены в лекции. Будет описан алгоритм спектрального анализа и естественно вытекающий из него способ коррекции амплитудного спектра сигнала, который опирается на несколько известных и хорошо зарекомендовавших себя на практике идей, но при этом позволяет учесть важные особенности сейсмических записей.

Оказывается, что разрешающая способность сигнала определяется, в первую очередь, сложностью его фазовой характеристики. Поэтому коррекция только амплитудного спектра импульса оказывается недостаточной для получения высокоразрешающих трасс. В лекции рассматривается ещё одна задача обработки сигналов — коррекция фазового спектра. В рамках традиционных алгоритмов деконволюции оценивание фазы не производится, поэтому приходится использовать оригинальные подходы. Высокое качество получаемых с их помощью результатов демонстрируется на примерах обработки реальных волновых полей.

Методами деконволюции можно получать оценки параметров частотно-зависимого поглощения сейсмических волн (так называемая Q-деконволюция). Поглощение — один из основных факторов, приводящих к изменению формы регистрируемого сейсмического сигнала отражённой волны во времени. Хорошо известно, что большинство алгоритмов обратной фильтрации опираются на гипотезу стационарности формы импульса в окне настройки оператора. Поэтому в граф обработки требуется включать процедуру коррекции частотно-зависимого поглощения. Такие алгоритмы известны довольно давно, и ими оснащены практически все системы обработки сейсмических записей. Опыт свидетельствует, что применяются такие процедуры намного реже, чем это представляется необходимым или, во всяком случае, оправданным. Дело в том, что применению любого способа коррекции поглощения должно предшествовать оценивание коэффициента поглощения (возможно, как функции от времени и пространственной координаты), что представляет собой самостоятельную и весьма нетривиальную задачу. В лекции описывается способ объединения оценивания параметров обратных фильтров и коэффициентов поглощения в одну оптимизационную процедуру, что фактически позволит в рамках обычных моделей нестационарной сейсмической трассы использовать выборки значительно большего объёма.

Приводятся результаты обработки модельных и реальных данных.

Цели курса

По окончании курса слушатели будут ориентироваться в методах сейсмической деконволюции и круге задач, которые решаются с привлечением таких подходов. Будет показано, как можно повысить разрешающую способность сейсмических данных. Будет обоснована необходимость коррекции не только амплитудного спектра сигнала, но и его фазовой характеристики. При помощи такой обработки данных можно добиться более достоверных результатов. Приводятся методические рекомендации по применению соответствующих процедур. Изложение сопровождается демонстрацией результатов обработки, полученных на модельных и реальных сейсмограммах.

Краткое содержание

1. Геофизическая и математическая постановки задачи.

2. Модели, описывающие сейсмическую трассу.

3. Способы параметризации модели. Параметризация амплитудного и фазового спектров импульса, а также частотно-зависимого поглощения.

4. Квадратичные и неквадратичные критерии оптимальности.

5. Оценивание разрешающей способности сейсмической трассы.

6. Нестандартные подходы к вычислению амплитудного спектра импульса.

7. Оптимизационная процедура оценивания фазовой характеристики импульса.

8. Совместное оценивание амплитудного спектра и коэффициента поглощения.

Кому адресован этот курс

Курс адресован геофизикам, интересующимся вопросами обработки сейсмических данных.

Необходимая начальная подготовка

Базовые представления о сейсмической разведке и способах обработки результатов наблюдений.

О лекторе

Денисов Михаил Сергеевич — директор по науке ООО ГЕОЛАБ (компания-резидент фонда Сколково). Доктор физико-математических наук. Член Редакционных коллегий журналов «Геофизика» и «Технологии сейсморазведки», входящих в перечень ВАК ведущих российских периодических научных изданий. В 1993 году окончил Московский инженерно-физический институт (МИФИ) по специальности Физика высоких энергий, но в этом же году начал трудовую деятельность в должности геофизика-исследователя в Центральной Геофизической Экспедиции (ЦГЭ). В период работы в компаниях Геотехсистем и ГЕОПРАЙМ (группа компаний «ИНТЕГРА») участвовал в разработке алгоритмов, реализованных в отечественных программных продуктах VELINK и PRIME, предназначенных для обработки и интерпретации результатов сейсмических наблюдений 2D и 3D. В 1994 году защитил диссертацию на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Тема работы — оригинальные алгоритмы фильтрации, деконволюции и спектрального оценивания. В 2006 году защитил диссертацию на соискание учёной степени доктора физико-математических наук. Тема работы — продолжение сейсмических волновых полей и устойчивые способы подавления помех в сейсморазведке. Имеет более 80 научных публикаций, посвящённых вопросам, связанным с изучением алгоритмов обработки данных геофизических наблюдений, и их использованию на практике. Обладает большим практическим опытом обработки сейсмических данных со всех регионов мира.