Сейсмическая миграция

Сейсмическая миграция — это процесс, посредством которого сейсмические события геометрически перемещаются в пространстве или времени в место, где событие произошло в недрах, а не в место, где оно было зафиксировано на поверхности, тем самым создавая более точное изображение недр . Этот процесс необходим для преодоления ограничений геофизических методов, налагаемых областями сложной геологии, такими как: разломы , соляные тела , складчатость и т. д. ^[1]^[2]^[3]

Миграция перемещает погружающиеся отражатели в их истинное положение под поверхностью и разрушает дифракции . ^[4] В результате мигрированное изображение обычно имеет повышенное пространственное разрешение и гораздо лучше разрешает области сложной геологии, чем немигрированные изображения. Форма миграции является одним из стандартных методов обработки данных для геофизических методов, основанных на отражениях ( сейсмическое отражение и георадиолокация ).

Необходимость миграции была осознана с самого начала сейсморазведки, и были перенесены самые первые данные сейсмических отражений 1921 года. ^[5] вычислительной миграции Алгоритмы существуют уже много лет, но широкое распространение они получили только последние 20 лет, поскольку они чрезвычайно ресурсоемки. Миграция может привести к резкому повышению качества изображений, поэтому алгоритмы являются предметом интенсивных исследований как в геофизической отрасли, так и в академических кругах.

Обоснование

Неперенесенный набор данных с нулевым смещением. Необработанные данные нулевого выноса для простой синклинали в мире с постоянной скоростью. Обратите внимание на фирменный эффект галстука-бабочки на изображении. Это результат отражений, происходящих с обеих сторон синклинали и приходящих к одному и тому же приемнику в разное время. Миграция может исправить этот эффект.

Мигрированный набор данных с нулевым смещением из файла File:SimpleSyncline.jpg . Эти данные были перенесены с использованием временной миграции, называемой фазовым сдвигом, которая работает в области Фурье . В результате миграции все события были заменены на правильные места, успешно реконструировав синклиналь. Однако на изображении присутствуют ошибочные события (качающиеся дуги), которые представляют собой шум, вызванный миграцией.

Сейсмические волны — это упругие волны , которые распространяются через Землю с конечной скоростью, определяемой упругими свойствами породы, в которой они движутся. На границе двух типов горных пород с разным акустическим сопротивлением сейсмическая энергия либо преломляется , отражается обратно к поверхности, либо ослабляется средой. Отраженная энергия достигает поверхности и регистрируется геофонами , расположенными на известном расстоянии от источника волн. Когда геофизик просматривает записанную энергию с геофона, он знает как время прохождения, так и расстояние между источником и приемником, но не расстояние до отражателя.

В простейшей геологической ситуации, с одним горизонтальным отражателем, постоянной скоростью и источником и приемником в одном и том же месте (так называемое нулевое вынос, где смещение — это расстояние между источником и приемником), геофизик может определить местоположение события отражения, используя отношение:

d={\frac {vt}{2}},

где d — расстояние, v — сейсмическая скорость (или скорость движения), а t — измеренное время от источника до приемника.

В этом случае расстояние сокращается вдвое, поскольку можно предположить, что для достижения отражателя от источника потребовалась только половина общего времени пути, а затем другая половина — для возвращения к приемнику.

Результат дает нам единственное скалярное значение, которое фактически представляет собой полусферу расстояний от источника/приемника, от которого могло возникнуть отражение. Это полусфера, а не полная сфера, потому что мы можем игнорировать все возможности, возникающие над поверхностью, как необоснованные. В простом случае горизонтального отражателя можно предположить, что отражение расположено вертикально ниже точки источника/приемника (см. диаграмму).

Ситуация более сложная в случае наклонного отражателя, поскольку первое отражение происходит дальше вверх по направлению падения (см. диаграмму), и поэтому на графике времени прохождения будет показано уменьшенное падение, которое определяется «уравнением мигратора»: ^[5]

\tan \xi _{a}=\sin \xi ,

где $ξ a$ — кажущееся падение , а $ξ$ — истинное падение .

Данные нулевого выноса важны для геофизика, поскольку операция миграции намного проще и может быть представлена сферическими поверхностями. Когда данные собираются с ненулевыми смещениями, сфера становится эллипсоидом , и ее гораздо сложнее представить (как геометрически, так и вычислительно).

Использовать

Для геофизика сложная геология определяется как любое место, где наблюдается резкий или резкий контраст латеральной и/или вертикальной скорости (например, внезапное изменение типа горной породы или литологии , которое вызывает резкое изменение скорости сейсмических волн).

Некоторыми примерами того, что геофизик считает сложной геологией, являются: разломы , складки , (некоторые) трещиноватости, соляные тела и несогласия . В таких ситуациях используется форма миграции, называемая миграцией до суммирования (PreSM), при которой все трассы переносятся перед перемещением к нулевому смещению. Следовательно, используется гораздо больше информации, что приводит к гораздо лучшему изображению, а также к тому, что PreSM более точно учитывает изменения скорости, чем миграция после суммирования.

Виды миграции

В зависимости от бюджета, временных ограничений и геологии недр геофизики могут использовать один из двух фундаментальных типов алгоритмов миграции, определяемых областью, в которой они применяются: временная миграция и глубинная миграция.

Временная миграция

Временная миграция применяется к сейсмическим данным во временных координатах . Этот тип миграции предполагает лишь умеренные изменения боковой скорости , но это не работает при наличии наиболее интересных и сложных подземных структур, особенно соли. ^[6] Некоторые широко используемые алгоритмы временной миграции: миграция Столта, ^[7] Богатый ^[8] и конечно-разностная миграция. ^[9]

Глубинная миграция

Глубинная миграция применяется к сейсмическим данным в глубинных ( обычных декартовых ) координатах, которые должны быть рассчитаны на основе сейсмических данных во временных координатах. Таким образом, этот метод требует скоростной модели, что делает его ресурсоемким, поскольку построение сейсмической скоростной модели является длительным и итеративным процессом. Существенным преимуществом этого метода миграции является то, что его можно успешно использовать в районах с изменениями латеральной скорости, которые, как правило, представляют наибольший интерес для геологов-нефтяников . Некоторые из широко используемых алгоритмов глубинной миграции — это глубинная миграция Кирхгофа, обратная миграция во времени (RTM), ^[10] Гауссова лучевая миграция ^[11] и миграция по волновым уравнениям. ^[12]^[13]

Разрешение

Цель миграции состоит в том, чтобы в конечном итоге повысить пространственное разрешение, и одно из основных предположений, сделанных в отношении сейсмических данных, заключается в том, что они показывают только первичные отражения и весь шум удален. ^[5] Чтобы обеспечить максимальное разрешение (и, следовательно, максимальное повышение качества изображения), данные должны быть предварительно обработаны перед миграцией. Шум, который легко различить перед миграцией, во время миграции может размазываться по всей длине апертуры, снижая резкость и ясность изображения.

Еще одним важным моментом является вопрос о том, следует ли использовать 2D- или 3D-миграцию. Если сейсмические данные содержат элемент поперечного падения (слой, который падает перпендикулярно линии регистрации), то первичное отражение будет происходить вне плоскости, и 2D-миграция не сможет вернуть энергию к ее источнику. В этом случае необходима 3D-миграция для получения наилучшего изображения.

Современные компьютеры для обработки сейсмических данных более способны выполнять 3D-миграцию, поэтому вопрос о том, следует ли выделять ресурсы для выполнения 3D-миграции, вызывает меньшее беспокойство.

Графическая миграция

Пример простой графической миграции. До появления современных компьютеров в 1960-х и 1970-х годах геофизики использовали этот метод для примитивной «миграции» своих данных. Этот метод устарел с появлением цифровых процессоров, но полезен для понимания основного принципа миграции.

Самая простая форма миграции — это графическая миграция. Графическая миграция предполагает мир с постоянной скоростью и данные с нулевым выносом, в которых геофизик рисует сферы или круги от приемника до места события для всех событий. Пересечение кругов образует «истинное» местоположение отражателя во времени или пространстве. Пример такого можно увидеть на схеме.

Технические детали

Миграция сейсмических данных — это корректировка предположения о плоском геологическом слое путем численной пространственной свертки сейсмических данных на основе сетки для учета событий падения (когда геологические слои не являются плоскими). Существует множество подходов, таких как популярная миграция Кирхгофа, но общепринято, что одновременная обработка больших пространственных участков (апертур) данных вносит меньше ошибок и что глубинная миграция намного превосходит временную миграцию с большими падениями и с сложные солевые тела.

По сути, он перемещает/перемещает энергию (сейсмические данные) из записанных мест в места с правильной общей средней точкой (CMP). Хотя сейсмические данные изначально получены в правильных местах (в соответствии с законами природы), эти местоположения не соответствуют предполагаемому ОГТ для этого местоположения. Хотя суммирование данных без поправок на миграцию дает несколько неточную картину недр, миграция предпочтительнее для большинства устройств записи изображений для бурения и обслуживания нефтяных месторождений. Этот процесс является центральным шагом в создании изображения недр на основе сейсмических данных активных источников, собранных на поверхности, морском дне, в скважинах и т. д., и поэтому используется в промышленных масштабах нефтегазовыми компаниями и их поставщиками услуг в цифровых технологиях. компьютеры.

Объясненный по-другому, этот процесс пытается объяснить дисперсию волн от падающих отражателей, а также пространственные и направленные изменения скорости ( неоднородности ) сейсмических волн, которые заставляют волновые поля (моделируемые траекториями лучей) изгибаться, волновые фронты пересекаться ( каустики ). и волны должны быть записаны в положениях, отличных от тех, которые можно было бы ожидать при прямолинейном луче или других упрощающих предположениях. Наконец, этот процесс часто пытается также сохранить и извлечь информацию об отражательной способности границы пласта, заложенную в амплитудах сейсмических данных, чтобы их можно было использовать для восстановления упругих свойств геологических формаций ( сохранение амплитуд , сейсмическая инверсия ). Существует множество алгоритмов миграции, которые по их выходной области можно разделить на широкие категории временной миграции или глубинной миграции , а также методов миграции до суммирования или миграции после суммирования (ортогональные). Глубинная миграция начинается с преобразования временных данных в данные о глубине с помощью пространственного профиля геологической скорости. Миграция после суммирования начинается с сейсмических данных, которые уже были накоплены и, таким образом, уже потеряны ценные данные анализа скоростей.

См. также

Отраженная сейсмология
Seismic Unix , программное обеспечение с открытым исходным кодом для обработки данных сейсмических отражений.

Ссылки

^ Чен, Янкан; Юань, Цзян; Цзу, Шаохуань; Цюй, Шан; Ган, Шувэй (2015). «Сейсмическое изображение данных одновременного источника с использованием ограниченной обратной миграции во времени по методу наименьших квадратов». Журнал прикладной геофизики . 114 : 32–35. Бибкод : 2015JAG...114...32C . дои : 10.1016/j.jappgeo.2015.01.004 .
^ Сюэ, Чжигуан; Чен, Янкан; Фомель, Сергей; Солнце, Юнже (2016). «Сейсмическое изображение неполных данных и данных из одновременных источников с использованием обратной временной миграции методом наименьших квадратов с регуляризацией формирования» . Геофизика . 81 (1): С11–С20. Бибкод : 2016Geop...81S..11X . дои : 10.1190/geo2014-0524.1 .
^ Чен, Янкан; Чен, Ханьмин; Сян, Куй; Чен, Сяохун (2017). «Сохранение разрывов в обратной временной миграции методом наименьших квадратов данных из одновременного источника». Геофизика . 82 (3): С185–С196. Бибкод : 2017Geop...82S.185C . дои : 10.1190/geo2016-0456.1 .
^ Йылмаз, Оз; Доэрти, Стивен М., ред. (2000). «Миграция». Анализ сейсмических данных: обработка, инверсия и интерпретация сейсмических данных . Том. 2 (2-е изд.). США: Общество геофизиков-разведчиков. стр. 463–654. ISBN 9781560800941 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Шериф, RE; Гелдарт, LP (1995). Разведочная сейсмология (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. ISBN 9781139643115 .
^ Блэк, Джеймс; Бжостовский, Мэтью (1994). «Систематика ошибок временной миграции» . Геофизика . 59 (9). Общество геофизиков-исследователей: 1419–1434 гг. дои : 10.1190/1.1443699 . Проверено 2 июня 2023 г.
^ Столт, Р.Х. (февраль 1978 г.). «Миграция путем преобразования Фурье». Геофизика . 43 (1): 23–48. Бибкод : 1978Geop...43...23S . дои : 10.1190/1.1440826 . ISSN 0016-8033 .
^ Газдаг, Йено (декабрь 1978 г.). «Миграция волнового уравнения методом фазового сдвига». Геофизика . 43 (7): 1342–1351. Бибкод : 1978Geop...43.1342G . дои : 10.1190/1.1440899 . ISSN 0016-8033 .
^ Бжостовский, Массачусетс; Блэк, Дж.Л. (1989). «Частотная дисперсия при конечно-разностной миграции» . Геофизика . 54 (11). Общество геофизиков-исследователей: 1435–1447 гг. дои : 10.1190/1.1442607 . Проверено 2 июня 2023 г.
^ МакМечан, Джордж (1983). «Миграция путем экстраполяции зависящих от времени граничных значений» . Геофизическая разведка . 31 (3): 413–420. дои : 10.1111/j.1365-2478.1983.tb01060.x . Проверено 2 июня 2023 г.
^ Хилл, Н. Росс (1990). «Гауссова пучковая миграция» . Геофизика . 55 (11). Общество геофизиков-исследователей: 1416–1428 гг. дои : 10.1190/1.1442788 . Проверено 2 июня 2023 г.
^ Рикетт, Джеймс; Сава, Пол (2002). «Сборка общих точек изображения в области смещений и углов для миграции профиля выстрела» . Геофизика . 67 (3). Общество геофизиков-разведчиков: 883–889. дои : 10.1190/1.1484531 . Проверено 2 июня 2023 г.
^ Лонг, А. (октябрь – ноябрь 2004 г.). «Что такое глубинная миграция до суммирования по волновому уравнению? Обзор» (PDF) . Новости ПЕСА . Архивировано из оригинала (PDF) 5 ноября 2006 года . Проверено 24 октября 2015 г.

[image1-1] Чен, Янкан; Юань, Цзян; Цзу, Шаохуань; Цюй, Шан; Ган, Шувэй (2015). «Сейсмическое изображение данных одновременного источника с использованием ограниченной обратной миграции во времени по методу наименьших квадратов». Журнал прикладной геофизики . 114 : 32–35. Бибкод : 2015JAG...114...32C . дои : 10.1016/j.jappgeo.2015.01.004 .

[image2-2] Сюэ, Чжигуан; Чен, Янкан; Фомель, Сергей; Солнце, Юнже (2016). «Сейсмическое изображение неполных данных и данных из одновременных источников с использованием обратной временной миграции методом наименьших квадратов с регуляризацией формирования» . Геофизика . 81 (1): С11–С20. Бибкод : 2016Geop...81S..11X . дои : 10.1190/geo2014-0524.1 .

[image3-3] Чен, Янкан; Чен, Ханьмин; Сян, Куй; Чен, Сяохун (2017). «Сохранение разрывов в обратной временной миграции методом наименьших квадратов данных из одновременного источника». Геофизика . 82 (3): С185–С196. Бибкод : 2017Geop...82S.185C . дои : 10.1190/geo2016-0456.1 .

[4] Йылмаз, Оз; Доэрти, Стивен М., ред. (2000). «Миграция». Анализ сейсмических данных: обработка, инверсия и интерпретация сейсмических данных . Том. 2 (2-е изд.). США: Общество геофизиков-разведчиков. стр. 463–654. ISBN 9781560800941 .

[Sheriff-5] Jump up to: ^а ^б ^с Шериф, RE; Гелдарт, LP (1995). Разведочная сейсмология (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. ISBN 9781139643115 .

[6] Блэк, Джеймс; Бжостовский, Мэтью (1994). «Систематика ошибок временной миграции» . Геофизика . 59 (9). Общество геофизиков-исследователей: 1419–1434 гг. дои : 10.1190/1.1443699 . Проверено 2 июня 2023 г.

[7] Столт, Р.Х. (февраль 1978 г.). «Миграция путем преобразования Фурье». Геофизика . 43 (1): 23–48. Бибкод : 1978Geop...43...23S . дои : 10.1190/1.1440826 . ISSN 0016-8033 .

[8] Газдаг, Йено (декабрь 1978 г.). «Миграция волнового уравнения методом фазового сдвига». Геофизика . 43 (7): 1342–1351. Бибкод : 1978Geop...43.1342G . дои : 10.1190/1.1440899 . ISSN 0016-8033 .

[9] Бжостовский, Массачусетс; Блэк, Дж.Л. (1989). «Частотная дисперсия при конечно-разностной миграции» . Геофизика . 54 (11). Общество геофизиков-исследователей: 1435–1447 гг. дои : 10.1190/1.1442607 . Проверено 2 июня 2023 г.

[10] МакМечан, Джордж (1983). «Миграция путем экстраполяции зависящих от времени граничных значений» . Геофизическая разведка . 31 (3): 413–420. дои : 10.1111/j.1365-2478.1983.tb01060.x . Проверено 2 июня 2023 г.

[11] Хилл, Н. Росс (1990). «Гауссова пучковая миграция» . Геофизика . 55 (11). Общество геофизиков-исследователей: 1416–1428 гг. дои : 10.1190/1.1442788 . Проверено 2 июня 2023 г.

[12] Рикетт, Джеймс; Сава, Пол (2002). «Сборка общих точек изображения в области смещений и углов для миграции профиля выстрела» . Геофизика . 67 (3). Общество геофизиков-разведчиков: 883–889. дои : 10.1190/1.1484531 . Проверено 2 июня 2023 г.

[13] Лонг, А. (октябрь – ноябрь 2004 г.). «Что такое глубинная миграция до суммирования по волновому уравнению? Обзор» (PDF) . Новости ПЕСА . Архивировано из оригинала (PDF) 5 ноября 2006 года . Проверено 24 октября 2015 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]