Глава 5. Оценка горизонтальной разрешающей способности

Для оценки горизонтальной разрешающей способности сейсмоакустических исследований было решено провести моделирование волновых полей. Моделирование волновых полей проводилось в программе Tesseral Pro. Программа ориентирована на расчеты волновых полей в диапазоне частот примерно до 500 Гц, поэтому при моделировании сейсмогеологических условий района исследований все параметры приемо-излучающей системы и свойства сигналов были взяты с масштабным коэффициентом.

В качестве исходных данных для моделирования использовалась модель сближающихся объектов (Рисунок 53). В сейсмогеологических условиях губы Ругозерская Кандалакшского залива Белого моря такой моделью можно описать выходы морены и, в частности, валунов. Размеры объектов были выбраны исходя из априорной информации о размерах валунного материала, выходящего на поверхность дна.

Высота и ширина объектов была выбрана равной длине волны сигнала с центральной частотой 1000 Гц и скоростью акустических волн 1500 м/с, то есть 1,5 метра. Расстояние (L) между объектами было выбрано от 0 до 9 метров с шагом 0,5 метра. В диапазоне расстояний между объектами от 0 до 5 метров были дополнительно рассчитаны сейсмограммы с шагом 0,25 метров с целью более детального изучения интерференции при отражении от близкорасположенных объектов. Скорости (V₁ = 1500 м/с, V₂ = 1650 м/с) и плотности (ρ₁ = 1,03 г/см³, ρ₁ = 3,0 г/см³) были взяты из априорной информации и данных скоростного анализа. Глубина до верхней кромки отражающего слоя составляла 20 метров.

Рисунок 53: Модель сближающихся объектов

На (Рисунок 54) показаны примеры моделей, которые использовались при моделировании волновых полей.

Рисунок 54: Примеры моделей с различным расстоянием между ними

(показаны модели с шагом 3 метра между объектами)

Моделирование велось с использованием импульса Рикера с центральной частотой 150 Гц (Рисунок 55). Частота дискретизации – 0,1 мс. Длина записи – 400 мс. В качестве источника использовались «взрывающиеся границы», вследствие чего приемники, располагавшиеся на поверхности с шагом в 0,2 метра по профилю, регистрировали одинарное время пробега. Для уменьшения влияния краевых эффектов при моделировании использовалось 500 приемников, что позволило избежать влияния переотражений от краев модели.

Рисунок 55: Импульс Рикера с центральной частотой 50 Гц во временной (слева) и частотной (справа) областях

После получения модельных сейсмограмм, было необходимо перевести полученные данные в масштаб сейсмоакустических исследований. Для этого шаг дискретизации сейсмических трасс изменялся на 0,02 мс, а координаты источников и приемников уменьшались в десять раз. Таким образом, были получены модельные данные, амплитудный спектр и полоса частот которых соответствуют характеристикам полевых наблюдений.

Для оценки горизонтальной разрешающей способности использовалось два набора исходных данных: временные разрезы с шагом между приемниками 0,2 метра и 2 метра. Второй набор исходных данных соответствует данным, получаемым при проведении исследований в губе Ругозерской при текущей методике работ. Для повышения горизонтальной разрешенности временных разрезов проводилась Т-К миграция Столта с постоянной скоростью среды в 1500 м/с.

Оценка горизонтальной разрешающей способности проводилась аналогично оценке вертикальной разрешающей способности, но в пространственной области: на полученных временных разрезах находились координаты максимумов отражений от целевых объектов. При этом пикировки первых вступлений могут служить дополнительным критерием при оценке положения максимума отражения. После определения координат экстремумов вычислялась их разность, соответствующая по смыслу Тк в случае оценок вертикальной разрешающей способности. Полученные данные использовались для построения кривых тюнинга.

Временные разрезы, полученные в результате волнового моделирования, приведены на (Рисунок 56). Уменьшение шага по пространству привело к сильному ухудшению наблюдаемой волновой картины и появлению пространственного алясинга, который оказывает сильное влияние на проведение миграционных преобразований (Рисунок 56, В). Если в случае мелкого пространственного шага миграция смогла восстановить форму отражающего горизонта (Рисунок 56, Б), то в случае шага 2 метра по профилю миграция незначительно улучшает наблюдаемую волновую картину (Рисунок 56, Г).

Плохой результат миграции в первую очередь связан с недостаточным количеством трасс, участвующих в миграционных преобразованиях, что в конечном итоге приводит к малоинформативным результатам. В то же время, даже при малом пространственном шаге съемки, мигрированное изображение позволяет повысить разрешенность исходных данных.

Рисунок 56 Модельные временные разрезы с указанием расстояния между объектами и пикировкой первых вступлений: (А) Дом миграции (шаг по профилю 0,2 метра), (Б) После миграции (шаг по профилю 0,2 метра), (В) До миграции (шаг по профилю 2 метра), (Г) После миграции (шаг по профилю 2 метра)

На (Рисунок 57) показаны кривые тюнинга, построенные по данным, описанным выше. Черным цветом на графике показаны истинные значения расстояний между исследуемыми объектами. Красным цветом показана кривая тюнинга, построенная по данным с шагом 0,2 метра до проведения миграции. Как видно из графика, она достаточно плавная и быстро выходит на асимптоту, соответствующую истинному расстоянию между объектами. В случае данных с шагом 2 метра, кривая тюнинга (синяя линия) имеет резкие скачки, что связано с недостаточным шагом дискретизации по пространству, что приводит к погрешностям при оценке горизонтальной разрешенности. В целом, до проведения миграции, объекты можно различить по отдельности, если расстояние между ними не менее 2,5 метров.

После проведения миграционных преобразований видно (Рисунок 57), что разрешающая способность при съемке с шагом 0,2 метра значительно улучшается (зеленая линия) и становится равной около 0,75 метра, что составляет половину длины волны. В случае данных с шагом 2 метра, разрешающая способность после проведения миграции становится равной около 1,5 метра.

Рисунок 57: Кривые тюнинга (зависимость кажущегося расстояния от истинного расстояния в метрах)

Проведенный анализ показал, что применение миграционных преобразований может существенно повысить горизонтальную разрешающую способность сейсмоакустических методов. Для характерных особенностей рельефа губы Ругозерская горизонтальная разрешенность может быть увеличена в два раза. Однако конечный результат во многом зависит от качества исходных данных и, в первую очередь, от шага дискретизации по пространству.

Выводы и рекомендации

Проведенная обработка данных полевых наблюдений позволяет говорить о том, что для зондирующего импульса с полосой частот 250-1500 Гц вертикальная разрешающая способность до обработки составляла около 40 см, после обработки около 30 см (при скорости 1500 м/с) при существенном упрощении формы импульса и устранении влияния интерференции на длине сигнала.

Оценка горизонтальной разрешающей способности, проведенная по данным волнового моделирования, свидетельствует о том, что на полевых данных могут быть различены объекты, расстояние между которыми составляет 2,5-3 метра. В результате миграционных преобразований может быть достигнута вдвое большая горизонтальная разрешающая способность, что позволит различать объекты, расположенные на расстоянии 1,5-2 метров. Однако эффективность проведения миграции во многом зависит от пространственного шага наблюдений.

Таким образом, при полевой методике, примененной в губе Ругозерская, процедуры обработки не позволяют существенно повысить горизонтальную разрешающую способность. В связи с этим, целесообразно проводить полевые исследования с более плотным шагом по профилю.

Список литературы