12/14/2015 13:30

Владимир Казей: Оптимизация методов обращения сейсмического волнового поля

Category: Анонсы, Постоянно действующие семинары (расп. 11), По разведочной геофизике

В четверг 17 декабря в 18:00 в конференц-зале ИФЗ РАН состоится заседание Семинара по разведочной геофизике, физике осадочных горных пород и резервуаров (совместно с Нефтегазовым Центром МГУ)

Повестка дня:

Предзащита диссертации В.В. Казея (СПбГУ) на соиск. ученой степени кандидата физико-математических наук по спец. 25.00.10 «Геофизика, геофизические методы поиска полезных ископаемых» на тему «Оптимизация методов обращения сейсмического волнового поля».

Научный руководитель – Б.М. Каштан

Аннотация доклада:

В настоящей работе исследуется и модернизируется метод обращения полных волновых полей (full-waveform inversion). Использование метода обращения полных волновых полей (МОП) при обработке данных сейсмической разведки позволяет получить распределение физических параметров среды в более высоком, в сравнении с лучевыми методами, разрешении. МОП также не требует пикирования первых вступлений на сейсмограммах. Основными недостатками метода, препятствующими его внедрению на практике, являются необходимость наличия низких частот в наблюденных данных и высокие требования к вычислительным ресурсам.

Регистрация данных для низких временных частот необходима в классической многомасштабной инверсии МОП для восстановления гладкой (трендовой) составляющей исследуемой среды. В работе (Mora, 1989, “Inversion = Migration + Tomography”) с помощью метода сфер Эвальда был исследован вопрос о роли глубоких отражающих горизонтов (рефлекторов) в восстановлении скоростных неоднородностей в отсутствии низких частот. Метод сфер Эвальда позволяет связать углы рассеяния плоских монохроматических волн с гладкостью (волновыми числами в спектре) рассеивающих скоростных аномалий. В случае наличия глубоких рефлекторов в опорной модели неоднородность освещается как полем прямых волн, распространяющихся вниз от источников, так и полем отраженных от рефлектора восходящих волн. Отраженные рефлектором волны, улучшают освещение неоднородности и при рассеянии вперед могут быть зарегистрированы на дневной поверхности и дать дополнительную информацию о длинноволновой составляющей исследуемой неоднородности.

В настоящей работе вводится метод спектральных чувствительностей (МСЧ), как расширение метода сфер Эвальда до количественного анализа связи спектров рассеянных полей и рассеивающих неоднородностей. МСЧ позволяет обобщить анализ Питера Моры (Peter Mora) и в простых опорных моделях исследовать вклады рефрагированных волн, кратных волн, волн-спутников, волн шепчущей галереи и головных волн в результат решения обратной динамической задачи сейсмики методом обращения полных волновых полей. В частности, МСЧ позволяет количественно оценить возможность восстанавливать гладкие и резкие возмущения скорости с использованием различных типов зарегистрированных акустических волн.

Моделирование полных волновых полей во временной или частотной области – наиболее ресурсоемкий процесс при применении метода обращения полных волновых полей. Как правило, при применении МОП, для моделирования сейсмических полей используются конечно-разностные методы. В работе предлагается реализация метода обращения полных волновых полей с использованием псевдоспектрального моделирования, что позволяет существенно сократить количество необходимых для описания сейсмической среды параметров за счет использования более разреженных пространственных сеток. Разрешение сетки в данном случае оказывается в полном соответствии с разрешающей способностью МОП. Тестирование псевдоспектрального МОП на акустической модели Мармузи показало, что в идеальных условиях наличия низких частот в наблюденных данных обращение полных волновых полей по классической многомасштабной схеме (сначала обращаются низкие частоты, затем высокие) позволяет полностью восстановить строение данной модели. В отсутствии низких частот классический МОП, как правило, не дает удовлет.

Для преодоления проблемы отсутствия низких частот в наблюденных данных предложен эффективный способ регуляризации, использующий свойства спектральных чувствительностей. Данный способ регуляризации подразумевает нестационарную фильтрацию поправок к модели среды, возникающих в ходе итераций МОП. Предложенный нестационарный фильтр позволяет получить гладкие поправки, подобные тем, которые обыкновенно получаются на основе наблюденных данных для низких временных частот даже в отсутствии последних, что расширяет возможности применения МОП.