Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей




Скачать 235.04 Kb.
НазваниеРазработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей
страница1/3
Дата конвертации11.05.2013
Размер235.04 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3




На правах рукописи


ГОНТАРЕНКО ИГОРЬ АЛЕКСАНДРОВИЧ


РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ


Специальность 25.00.10 – геофизика, геофизические методы

поисков полезных ископаемых


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Краснодар – 2010


Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный университет» на кафедре геофизических методов поисков и разведки


Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Гуленко Владимир Иванович


Официальные оппоненты: доктор технических наук

Кострыгин Юрий Петрович


кандидат геолого-минералогических

наук, с.н.с. Земцова Джемма Павловна


Ведущая организация: ГНЦ ФГУГП «Южморгеология»


Защита диссертации состоится 24 декабря 2010 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.101.09 по геофизике, геофизическим методам поисков полезных ископаемых Кубанского государственного университета по адресу: 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149, ауд. 105.


С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Кубанского государственного университета


Факс (861) 219-96-34

Е-mail: geophysic@fpm.kubsu.ru


Автореферат разослан «12» ноября 2010 г.




Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, В.И. Гуленко

профессор


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Моделирование, как способ решения прямой задачи, в сейсморазведке занимает особое место. В настоящее время оно активно используется на всех стадиях: от проектирования полевых наблюдений до интерпретации сейсмических данных, причем в различных модификациях сейсморазведки.

Несмотря на бурное развитие математического аппарата моделирования, хорошо проработанный аппарат лучевого моделирования все еще актуален. Существует определенный класс задач, в которых не требуется высокой точности, и привлечение популярных в наше время конечно-разностных методов моделирования проигрывает по времени расчета модели. Лучевой метод выгоднее использовать, например, при задаче расчета только отраженных волн, т.к. можно рассчитать только нужные волны, а в других методах после расчета получаются только все возможные для данной модели волны, часть из которых приходится фильтровать для дальнейшего использования. Полученная волновая картина также может быть сложна для восприятия.

На этапе проектирования полевых работ до выполнения полевых наблюдений моделирование волновых полей может успешно применяться для выбора параметров системы наблюдений. Также эффективно применение моделирования для анализа структуры волнового поля изучаемой толщи сложного строения или оценки корректности графа обработки. При помощи моделирования возможна оценка эффективности новых алгоритмов и программ.

Целью диссертационной работы является разработка пакета программ для моделирования сейсмических волновых полей применительно к задачам сейсморазведки.

Основные задачи исследований:

1. Обзор методов моделирования сейсмических волновых полей.

2. Разработка алгоритмов решения прямых задач сейсморазведки применительно к методам МОВ и ВСП.

3. Разработка и отладка программных средств моделирования сейсмических волновых полей, оценка их эффективности.

4. Разработка технологии применения созданных программных средств при проектировании полевых работ, при обработке и интерпретации данных сейсморазведки МОВ и ВСП.

Научная новизна работы.

1. Разработаны алгоритмы решения прямых задач сейсморазведки (в лучевом приближении) применительно к моделированию сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП.

2. Разработана технология двумерного моделирования сейсмических волновых полей, включающая задание модели среды, параметров расстановки, расчет лучевых диаграмм, годографов и амплитудных графиков различных объемных волн, а также расчет волн и построение соответствующих сейсмограмм.

3. Разработан пакет программ «ВОЛНА-М» для двумерного моделирования сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП, включающий и ряд специальных версий программ для моделирования особых ситуаций: источник в виде направленной интерференционной излучающей системы, донная морская коса с приемниками Р, X или Z, аддитивное наложение шумов с заданными спектральными характеристиками, в т.ч. геодинамических шумов с заданным пространственным распределением, а также высокочастотная модификация для моделирования при скважинных сейсмоакустических исследованиях.

Практическая значимость и реализация результатов.

1. Результаты моделирования сейсмических волновых полей, полученные с использованием разработанных программных средств, могут быть использованы для изучения условий формирования монотипных, обменных, преломленных и отраженных объемных сейсмических волн на криволинейных границах раздела упругих слоев разреза, оценки их ожидаемых динамических и кинематических характеристик.

2. Применение программных средств моделирования сейсмических волновых полей позволяет выбрать оптимальные параметры систем наблюдений на этапе проектирования полевых работ, обеспечивающие наиболее надежное прослеживание целевых волн.

3. Применение в качестве объектов обработки синтетических сейсмограмм, рассчитанных для моделей сред с известными параметрами, позволяет выполнять отладку и тестирование новых обрабатывающих программных средств и более обоснованно оценивать их эффективность.

4. Предварительная оценка ожидаемых AVO-эффектов и других динамических характеристик сейсмических волн на границах исследуемого разреза может быть выполнена по модельным сейсмограммам, рассчитанным с использованием выбранных параметров расстановки и априорных сведений о разрезе.

Разработанный пакет программ «ВОЛНА-М» успешно применяется для моделирования сейсмических волновых полей в ЗАО «ПАНГЕЯ» (г. Москва), ЗАО «Гео-Хазар» (г. Геленджик), ЗАО «Ингеосейс» (г. Краснодар), ОАО «Краснодарнефтегеофизика», в отделе по разработке геофизических технологий ОАО Промгаз РАО «Газпром» (г. Краснодар), в «Geomage» Ltd. (Израиль), ЗАО «Самара-Нафта», а также на кафедре геофизики КубГУ.

Основные защищаемые положения:

1. Алгоритмы решения прямых задач сейсморазведки (в лучевом приближении), разработанные применительно к моделированию сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП, и адекватно описывающие распространение упругих волн в многослойной среде с криволинейными границами с учетом эффектов на границах раздела, поглощения и с учетом изменения формы импульсов при полном внутреннем отражении.

2. Пакет программ «ВОЛНА-М» для двумерного моделирования сейсмических волновых полей в методах МОВ и ВСП, включающий и ряд специальных версий программ для моделирования особых ситуаций: источник в виде направленной интерференционной излучающей системы, донная морская коса с приемниками Р, X или Z, аддитивное наложение шумов с заданными спектральными характеристиками, в т.ч. геодинамических шумов с заданным пространственным распределением, а также высокочастотная модификация для моделирования при скважинных сейсмоакустических исследованиях.

3. Технология двумерного моделирования сейсмических волновых полей, включающая задание модели среды, параметров расстановки, расчет лучевых диаграмм, годографов и амплитудных графиков различных объемных волн, а также расчет и построение соответствующих сейсмограмм, содержащих любую совокупность предварительно рассчитанных объемных Р- и S-волн (в том числе, любых обменных, многократных, неполнократных и т.п.  всего до 100 волн), с учетом их расхождения, поглощения, коэффициентов прохождения, отражения и конверсии, в том числе, для закритических углов падения.

Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена автором во время обучения в аспирантуре на кафедре геофизических методов поисков и разведки Кубанского государственного университета. Все основные результаты, представленные в работе и имеющие научную и практическую значимость, были получены лично автором, или при его непосредственном участии. Написание программ на языке Delphi выполнено автором самостоятельно.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах, совещаниях и международных конференциях, в том числе на Геомодель-2005 (Геленджик, 2005), на VII Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов (Саратов, 2006), Геомодель-2007 (Геленджик, 2007), на VI международной научно-практической конференции «Геофизика-2007» (Санкт-Петербург, 2007), девятых чтениях им. В.В. Федынского (Москва, 2007), а также на кафедре геофизических методов поиска и разведки Кубанского государственного университета.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, две из которых в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, получено свидетельство о государственной регистрации разработанного пакета программ «ВОЛНА-М».

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 120 страниц текста, 3 таблицы, 107 рисунков, библиографический список включает 98 наименований.

Благодарности.

Автор выражает огромную благодарность своему научному руководителю д.т.н. профессору Гуленко В.И. за неоценимую помощь в данной работе на всех ее этапах. Отдельная благодарность руководителям ООО «Ингеосейс» и ЗАО «Самара-Нафта» за разрешение использования материалов в данной работе. Автор также благодарит сотрудников ТП №26 ОАО «Краснодарнефтегеофизика».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость работы.

Глава 1. Методы моделирования сейсмических волновых полей

В первом параграфе главы моделирование – в широком смысле этого слова – рассматривается как универсальный метод научных исследований, широко применяемый в последние десятилетия в самых различных областях современной науки. Рассматривается определение модели, как строится процесс моделирования. Определена классификация математических моделей. Показаны основы вычислительного эксперимента и его преимущества.

Во втором параграфе рассмотрены аспекты применения физического моделирования, актуальные направления его применения, способы и методика физического моделирования. Физическое моделирование применяется для изучения объемных и поверхностных волн (Аверьянов, 1975) в сложнопостроенных средах, а также в случаях, где аппарат математического моделирования недостаточно разработан или не позволяет решить поставленные задачи.

Во введении к третьему параграфу показано, что все способы математического моделирования волновых полей происходят из решения волнового уравнения при различных упрощениях или в различных областях: временной, частотной, f-k. Далее рассмотрены виды математического моделирования волновых полей. Для лучевого метода дано решение волнового уравнения в виде лучевого ряда (Бабич, Алексеев, 1958; Алексеев и др., 1961; Cerveny, Rivandra, 1971, 1977), а также показаны достоинства и недостатки лучевого моделирования. Разобрана методика решений дифференциальных уравнений на примере уравнения эйконала с помощью метода конечных разностей (Alterman, Karal, 1968; Boore, 1972; Vidale, 1988) . Для спектральных методов (Tomson, 1950; Haskell, 1953; Zienkiewicz, 1973; Kennet, 1983; Müller, 1985) рассмотрены ограничения для задания моделей и достоинства методов. Метод модального разложения (Алексеев, Михайленко, 1974) позволяет хорошо описывать главную часть волнового поля на больших расстояниях. Псевдоспектральный метод (Kosloff, Baysall, 1982; Schuberth, 2003) похож на метод конечных разностей с тем отличием, что производные вычисляются в области Фурье. Это уменьшает время счета, но появляются сложности в задании начальных условий с требованием к гладкости свойств среды.

Глава 2. Описание алгоритма программы «Волна-М»

Лучевой метод, изложенный в основах (Алексеев и др., 1961), не решал многих задач. Поэтому при работе над программой было проведено много вычислительных экспериментов и исследований при нахождении решений, наиболее хорошо описывающих динамические характеристики и учитывающих сложные эффекты.

В первом параграфе этой главы описывается реализованный в программах «ВОЛНА-М» общий алгоритм нахождения лучей, выходящих из источника и попадающих на приемное устройство. Он состоит в следующем: через равные углы (обычно 1°) лучи выходят из источника, при этом запоминаются значения углов выхода, лучи из которых попали в область приемного устройства. Далее по принципу дихотомии, сканированием области в обе стороны от найденных на предыдущих этапах лучей, находятся точные значения углов прихода лучей в приемники. Границы описываются как совокупность сплайнов, проходящих через заданные пользователем точки на равных расстояниях между собой.

Во втором параграфе главы приводятся формулы Кнотта-Цеппритца для расчета коэффициентов отражения, преломления и прохождения на границах раздела двух слоев для случая падения плоской гармонической волны. Для точных расчетов коэффициентов отражения, прохождения и конверсии разработаны алгоритмы семи функций, соответствующих различным типам падающих волн (Р или S) и различным состояниям вещества на границе раздела двух слоев (твердое тело/твердое тело, твердое тело/жидкость, твердое тело/атмосфера и т.д.). Входными параметрами функций являются плотности слоев, скорости продольных и поперечных волн, а также угол падения волны на границу раздела. После расчета функция возвращает в общем виде коэффициент прохождения или отражения в виде комплексного числа, что позволяет производить корректные расчеты даже в области закритического отражения.

Третий параграф главы посвящен расчету коэффициентов поглощения. Поглощение, например, обменной PS-волны в самом простом случае учитывается следующим образом (Бреховских, 1989):



(1)

Dpi − пластовый коэффициент поглощения Р-волны в i-ом слое (на частоте 50 Гц); Dsi − пластовый коэффициент поглощения S-волны в i-ом слое (на частоте 50 Гц); Spi − часть траектории Р-волны в i-ом слое вдоль луча, выходящего в точку приема Хпп (или Нпп); Ssi − часть траектории S-волны в i-ом слое вдоль луча, выходящего в точку приема Хпп (или Нпп).

Недостатком способа (1) является независимость поглощения от частоты волны. В разработанном пакете программ поглощение является частотно-зависимым и учитывается по следующей формуле (Кондратьев, 1986):



(2)

где V – скорость распространения волны в среде (на частоте f = 50 Гц), i – мнимая единица, R – путь, пройденный лучом в среде, (ω) – частотно-зависимый коэффициент поглощения, для P-волны равный



(3)

Vфаз(ω) – аномальная дисперсия фазовой скорости, которую можно найти как (Гуревич)



(4)

Данное поглощение является частотным фильтром, который действует не только на амплитуды гармоник в спектре, но и изменяет фазовый спектр. Это наглядно иллюстрирует рисунок, показывающий импульс, прошедший через среду с различным коэффициентом поглощения.

  1   2   3

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей iconРазработка моделей, алгоритмов и программных средств для повышения качества прогнозов биржевых показателей с применением мультиагентного подхода
Разработка моделей, алгоритмов и программных средств для повышения качества прогнозов биржевых показателей

Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей iconРабочая программа учебной дисциплины «программные средства моделирования»
Целью дисциплины является изучение типовых программных средств моделирования электронных цепей, простейших электронных устройств,...

Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей iconМосква 15-16 октября 2003 г
Круглый стол участников конференции с разработчиками программных средств по теме: «Опыт применения и перспективы развития программных...

Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей iconВ случае необходимости поставки дополнительного количества ппс, приведенных в Приложении 1, просим оформить соответствующую заявку, которая может быть
Поставка комплектов программных средств (учебных изданий на электронном носителе) серии «Открытая информатика 0», для подготовки...

Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей iconУтверждаю Зам директора по учебно-методической работе
Разработка и стандартизация программных средств и информационных технологий (Сафонова Л. Ф.)

Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей iconКонспект лекций по дисциплине «Прикладная информатика в экономике»
Электронный учебник «Разработка и стандартизация программных средств и информационных технологий»

Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей iconМетоды анализа и синтеза волновых полей в сверхразмерных электродинамических системах Гиротронов

Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей iconИспытания программных средств на наличие компьютерных вирусов типовое
Настоящий стандарт распространяется на испытания программных средств (ПС) и их компонентов, цели которых обнаружить в этих пс и устранить...

Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей iconДипломный проект на Тему «Разработка программного комплекса моделирования оценок характеристик и точности навигационных параметров технических средств судовождения»
На Тему «Разработка программного комплекса моделирования оценок характеристик и точности навигационных параметров технических средств...

Разработка программных средств для моделирования сейсмических волновых полей iconРазработка моделей, алгоритмов и программных средств для повышения качества прогнозов биржевых показателей с применением мультиагентного подхода
Охватывает только ценные бумаг и корпораций, или он является рынком ценных бумаг, которые принято относить к фондовым (капитальным)...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница