книги из ГПНТБ / Цифровая обработка сейсмических данных

Г ^ г Т - Г Г ]

НКО-1 СОРТ Р£Д

271

промежуточных результатов. При оперативном анализе можно решать, продолжать ли обработку дальше или прервать ее.

Блочная структура библиотеки обрабатывающих комплексов позволяет безболезненно и оперативно модернизировать данную программу, подменяя отдельные блоки другими, а также вводить в библиотеку новые программы и исключать устаревшие. С целью подключения новой программы или подпрограммы к системе необ­ ходимо провести:

1)разработку, написание и отладку программы в виде само­ стоятельного варианта, но с достаточными предпосылками для вклю­ чения ее в библиотеку;

2)опробование программы на тестовых и производственных мате­ риалах;

обрабатывающих комплексов с помощью соответствующей подпро­ граммы монитора комплекса.

Одновременно соответствующие изменения вносятся в каталог библиотечных программ. Библиотечные программы, так же как и мо­ нитор, транслируются в машинный код и хранятся на барабанах или дисках и лишь во время обработки располагаются в оперативном запоминающем устройстве.

Р А Ц И О Н А Л Ь Н А Я П О С Л Е Д О В А Т Е Л Ь Н О С Т Ь О Б Р А Б О Т К И

Как правило, из имеющейся библиотеки обрабатывающих про­ грамм можно построить целый ряд различных комплексов геофизи­ ческой обработки. При этом существенное значение будет иметь не только то, какие программы включены в комплекс, но и в какой последовательности они включены. Последняя обусловлена осо­ бенностями обрабатываемого сейсмического материала, а также наличием в комплексе сейсмической обработки нелинейных процедур: выравнивания амплитуд, ввода кинематических поправок и т. д.

Выбор рациональной последовательности обработки — графа об­ работки — есть задача не только чисто геофизическая, но и экономи­ ческая, так как от выбора графа обработки существенно зависят затраты машинного времени. Например, обратная фильтрация (деконволюция) сейсмограмм, выполненная до накапливания сигналов, требует в N раз (где N — кратность накапливания) больше машин­ ного времени, чем деконволюция по накапливаемым записям. То же самое относится и к согласованной фильтрации. Однако, если ре­ зультаты деконволюции до и после накапливания будут в общем случае различаться между собой (так как это процесс самонастраи­ вающийся), то согласованная фильтрация даст идентичные резуль­ таты до и после накапливания, если внутри цепи фильтрация — на­ капливание не будет нелинейных процедур, и постановка согласо­ ванной фильтрации перед накапливанием будет ошибкой.

272

Общий подход к построению комплексов обработки, реализуемый в настоящее время повсеместно, заключается в том, что вся предва­ рительная обработка разделяется на ряд этапов, внутри которых сейсмический материал автоматически преобразуется несколькими обрабатывающими программами, а между этапами промежуточные результаты обработки возвращаются геофизику для анализа, ин­ терпретации и выбора параметров для следующего этапа обработки. Существуют оптимальные методы сквозного, одноэтапного решения обратной задачи сейсморазведки. Показательно, что и в этом случае оказывается целесообразным проводить анализ промежуточных ре­ зультатов и оптимизировать работу отдельных блоков.

Поэтапная методика обработки сейсмических данных, позволяет учесть:

а) сложность формализации некоторых процедур обработки; б) неизбежность ошибок и сбоев в работе ЭВМ и в задаваемой

информации; в) последовательность анализа обрабатываемого материала, в том

числе анализа результатов воздействия на материал той или иной процедуры, и т. д.

Подготовительный этап

Собственно геофизической обработке всегда предшествует этап технической подготовки материалов, включающий такие операции, как демультиплексирование полевых (цифровых) записей или пре­ образование аналог — код для первичных материалов, зарегистри­ рованных аналоговой аппаратурой преобразование форматов записи, если это необходимо, и сортировку сейсмограмм, записанных в поле в произвольной последовательности и располагаемых на выходной ленте в последовательности, обеспечивающей наиболее эффективное расходование машинного времени при последующей обработке. В ря­

первичное их выравнивание вдоль каждого канала и между каналами (автоматическая регулировка амплитуд), а также элементы редак­ тирования сейсмических записей.

Наиболее эффективно исполнение подготовительного этапа на специализированных устройствах, работающих независимо от ос­ новного процессора, так как собственно вычислительные операции занимают здесь малую долю от всех затрат машинного времени. Основная часть времени уходит на работу магнитофонов и на уста­ новку аналоговых магнитных пленок в преобразователь аналог — код. Кроме того, подготовительный этап отличается полной идентич­ ностью исполняемых операций для каждой сейсмограммы, что

Когда подготовительный этап выполняется на основном процес­ соре, значительное повышение эффективности может быть достиг­ нуто за счет реализации мультипрограммного режима работы ма­ шины, при котором во время исполнения многочисленных операций ввода — вывода и подготовительных операций арифметическое уст­ ройство и центральная память переключаются на выполнение другой

При вводе цифровых полевых сейсмограмм необходимой проце­ дурой является демультиплексирование. Мультиплексная форма записи применяется во всех современных цифровых станциях, за единичными исключениями. Ее особенностью является последо­ вательное расположение на магнитной ленте кодированных отсчетов, повеем каналам сейсмостанции (первому, второму, . . ., последнему) для данного времени t. Затем вновь следуют отсчеты по первому, второму, . . ., последнему каналу для времени t + At, где At — интервал дискретизации и т. д. В число этих каналов, наряду с соб­ ственно сейсмическими (24 у 24-канальной станции) входят также служебные каналы (вертикальное время, отметка момента, синхро­ импульсы) (рис. 115).

Процедура демультиплексирования заключается в приведении мультиплексной записи к поканальной, т. е. к восстановлению нормальной последовательности сейсмических отсчетов по каждому из каналов и очередности самих каналов, так как современные системы обработки сейсмических данных ориентированы на исход­ ную информацию в поканальном виде. Технологически эта проце­ дура осуществляется по-разному в зависимости от того, совпадает или не совпадает формат полевой цифровой записи с форматом, ис­ пользуемым на НМЛ ЭВМ. При несогласованном с ЭВМ формате

274

а

в двух вариантах в соответствии с блок-схемой, приведенной на рис. 116. В первом варианте мультиплексная полевая запись вос­ производится на специальном вводном устройстве и поступает в МОЗУ ЭВМ (рис. 116, а). В зависимости от числа разрядов, которым коди­ руется каждый сейсмический отсчет, и объема МОЗУ в оперативной памяти ЭВМ размещают 6, 12 или 24 канала мультиплексной записи. При этом производят уплотнение поступающей информации в ячей­ ках ЭВМ по два, три или четыре числа в ячейке, в зависимости от разрядности ЭВМ и полевой цифровой записи.

За время, отделяющее на исходной полевой бобине с цифровыми записями одну сейсмограмму от другой, происходит пересылка уплотненных данных из МОЗУ на внешнее запоминающее устрой­ ство — НМЛ-1 (рис. 116, а).

Если за один цикл воспроизведения — ввода не удается ввести все 24 канала исходных записей, то после перемотки полевой бобины в исходное положение процедуру ввода повторяют, вводя очеред­ ную порцию каналов (6 или 12). Запись на НМЛ-1 ведут с таким расчетом, чтобы исходные полевые ленты записывались без разрывов, последовательно. Сами же сейсмограммы все время остаются в муль­ типлексной форме.

Во втором варианте (рис. 116, б) сейсмограммы с НМЛ-1 посту­ пают в МОЗУ, где они подвергаются демультиплексированию, ре­ дактированию, сортировке (если она предусмотрена), уплотнению и записи на НМЛ-2. Эта магнитная лента ЭВМ и служит основным исходным материалом для последующей обработки. Пример уплот­ ненной (в ячейках МОЗУ) записи дан на рис. 117. При формате поле­ вой записи, совпадающем с форматом НМЛ ЭВМ, необходимость процедуры ввода отпадает. На НМЛ-1 (см. рис. 116, б) непосредст­ венно помещают бобину с полевой цифровой записью. Следует от­ метить, что в принципе и при несовпадении форматов полевой записи и НМЛ ЭВМ можно совместить процедуры ввода и демультиплекси­ рования, если использовать ЭВМ более высокого класса, чем БЭСМ-4 или М-222, с достаточной для этого памятью и быстро­ действием.

Ввод аналоговых магнитных записей выполняется в следующей последовательности: считывание аналоговой записи, преобразование ее в цифровую форму, ввод в МОЗУ ЭВМ или специализированного автономного вводного устройства, преобразование в МОЗУ формата сейсмограмм, если это необходимо, и запись их на НМЛ в формате, используемом при обработке.

ровая мультиплексная запись, которая в дальнейшем подвергается таким же преобразованиям, как полевая цифровая запись (см. рис. 116).

Геофизическая обработка

Количество и содержание этапов собственно геофизической об­ работки данных определяется многими факторами, основными из которых являются сейсмогеологические условия района работ, зада­ чи проводимых исследований, методика наблюдений и технические возможности аппаратуры, применяемой для регистрации и обработки данных. Многообразие факторов обусловливает необходимость раз­ вития, по крайней мере, двух основных видов методики обработки геофизической информации: промышленной и опытно-механической.

Обеспечение высокой эффективности промышленной обработки требует максимальной стандартизации обрабатываемых средств, по­ строения и использования небольшого числа достаточно жестких графов, позволяющих получать оптимальное решение задачи в ис­ следуемых районах.

Многообразие сейсмогеологических условий и необходимость непрерывного совершенствования способов обработки требует до­ статочной гибкости математического обеспечения. Особенно ценны эти качества при экспериментальной обработке сейсмических дан­ ных, выполняемой для выбора необходимых процедур, в том числе

276

операций, специфических для условий исследуемого района, соста­ вление рациональной последовательности процедур и т. д.

Конечным результатом опытно-методической обработки является опробованный жесткий граф (стандартный комплекс), который дол­ жен стать основой последующей промышленной обработки массовых материалов сейсморазведки. Именно рациональное комплексирование промышленной и опытно-методической обработки сейсмических данных обеспечивает одновременно как возможности массового счета на ЭВМ, так и дальнейшее совершенствование методов цифровой обработки.

Рассмотрим несколько вариантов графов обработки на отечест­ венных ЭВМ типа БЭСМ-4, М-222, Минск-32 сейсмических данных, зарегистрированных аналоговым способом при наземных исследо­ ваниях методом ОГТ.

Отличительной особенностью обработки на ЭВМ аналоговых сейсмпзаписей (по сравнению с цифровыми) является отсутствие про­ цедуры демультиплексирования и весьма ограниченное применение полосовой фильтрации. Последняя обычно осуществляется аналого­ вым устройством при вводе полевого материала в ЭВМ либо при вы­ воде результативных временных разрезов.

Анализ общей структуры цифровой обработки включает элементы трех уровней: геофизические процедуры и соответствующие им обрабатывающие программы, этапы и их варианты реализаций — блоки, состоящие из геофизических процедур, и графы обработки — совокупности этапов (блоков). Предположим, что в библиотеке обрабатывающих программ содержатся все программы, приведенные на рис. 114.

Процесс обработки по всем предполагаемым графам разделен на четыре основных этапа: а) подготовительный, единый для всех графов; б) этап коррекции кинематических поправок; в) этап коррек­ ции статических поправок; г) основной этап, завершающийся выда­ чей временных либо глубинных разрезов ОГТ, а также оценкой до­ стоверности выполненных построений.

Теперь рассмотрим более детально варианты этапов обработки (блоки).

Подготовительный этап представлен одним вариантом, включа­ ющим программный или аппаратный выбор интервала сейсмотрасс, подлежащего обработке, сортировку трасс для заранее выбранного графа обработки и редактирования записей. При поступлении на ввод в ЭВМ цифровых записей в подготовительном этапе должна появиться процедура демультиплексирования. Операция редакти­ рования, включающая обычно исправление обратных полярностей, исключение трасс и участков трасс, где отсутствует или сильно искажен полезный сигнал, в частном случае может включать режекторную фильтрацию. Выполнение последней предполагает обращение к внешнему специальному устройству — конвольверу.

На входе подготовительного этапа обработки имеем полевые маг­ нитные записи, на выходе —- НМЛ-1 ЭВМ, которая используется

277

процедуры: выборку трасс по ОГТ на заданных участках профиля, расчет кинематических поправок (если при обработке других про­ филей с той же площади расчет ранее не производился), ввод расчет­ ных статических и кинематических поправок, автоматическую регу­ лировку амплитуд.

По результатам работы блока I I предполагается провести ви­ зуальный анализ корректности введенных кинематических поправок. В принципе работа программ блока I I может быть построена цикли­ чески с постепенным изменением кривой кинематических поправок. Выдача результатов на НМЛ-2 ЭВМ производится в ситуации, когда не известно, достаточным ли будет примененный анализ, или потре­ буются более мощные средства коррекции поправок. Понятно, что такая ситуация встречается в начальной стадии обработки сей­

ных средств коррекции кинематических поправок. Количество про­ цедур типа ККП может быть при этом конечно увеличено, однако это не меняет существа процесса. Если ситуация на исследуемой площади заранее известна, то в качестве рабочих могут быть приняты варианты I I , либо I I — I I I и I I — I V . Из этого следует, что чем более полной априорной информацией располагают о сейсмическом мате­ риале, тем более корректно можно построить граф его обработки.

На этапе коррекций статических поправок применены про­ граммы, реализующие три известных принципа коррекции в ручном, полуавтоматическом или автоматическом вариантах. Соотношение объемов автоматической и ручной коррекции статических поправок, так же как и необходимость такой коррекции, являются вопросами, решение которых зависит от конкретных особенностей обрабатывае­ мого материала. Здесь априорные сведения о материале также могут оказаться чрезвычайно полезными. В частности, в вариантах об­ работки V — I X процедуры полосовой фильтрации и ЦАРА включены, прежде всего, с целью оптимизации автоматического определения взаимных сдвигов трасс в программах КСП. Если заранее ориенти­ роваться на ручную корреляцию отражений, в указанных вариантах можно исключить процедуру фильтрации, осуществляя ее аналого­ вым путем при выводе материала из ЭВМ.

Кроме того, сведения о материале в ряде случаев позволяют без предварительного анализа применить объединенные комплексы V—

— V I — X , V I I — V I I I — X I , I X — X I I , что, безусловно, экономней по­ следовательного выполнения входящих в них элементарных блоков с дополнительными обращениями к НМЛ ЭВМ.

На основном этапе обработки в качестве простейшего варианта применяют блок X I I I , включающий автоматическую регулировку амплитуд, ввод откорректированных статических и кинематических

278

поправок, обнуление начальной части трасс (мьютинг) и суммиро­ вание по методу ОГТ с выдачей результативного временного разреза на плоттер. При этом предполагается, что записи на НМЛ-1 располо­ жены в последовательности ОГТ. В противном случае путем рацио­ нального использования магнитных барабанов ЭВМ перекомпо­ новку трасс по ОГТ удается осуществить без дополнительных затрат машинного времени. В блоке X I I I полосовая фильтрация выпол­ няется аналоговым устройством при выводе временного разреза из ЭВМ.

Блок X I V отличается от X I I I включением в него цифровой фильт­ рации, которая производится для целей последующей обработки

кратных волн по функциям авто- и (или) ретрокорреляции сейсми­ ческих трасс.

Вариант обработки X X , включающий веерную фильтрацию вре­ менных разрезов ОГТ, имеет частные приложения для улучшения выделения и прослеживания отдельных групп отражений. При включении в этот блок переменной по времени веерной фильтрации область его применения значительно расширяется. В блоке X X I учтено необходимое в ряде случаев преобразование временных раз­

из обязательных для каждого профиля блоков обработки, должны быть подготовлены дополнительные блоки, применяемые в специ­ альных случаях. Опишем некоторые из возможных дополнительных блоков.

Прежде всего, необходимо иметь блоки-тесты для выбора пара­ метров программ, входящих в стандартный комплекс. Блок для выбора параметров деконволюции должен состоять из циклов обра­ щений к программе деконволюции и к программе расчета автокорре­ ляционной функции, вычисляемой до и после деконволюции. В каж­ дом цикле задается новый набор параметров деконволюции (длины оператора, граничных значений полосового фильтра и т. д.). Этот блок применяется к одной или нескольким сейсмограммам и на ос­ нове сравнительного анализа автокорреляционных функций и ре­ зультатов деконволюции выбираются оптимальные параметры. Для

27&: