АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ

2007

Содержание

2.5. Предобработка амплитуд. Модуль TPRE.

2.5.1. Общие сведения

Модуль TPRE предназначен для перевода исходных амплитуд в расчетные

параметры, используемые в последующей томографической обработке - восста-

новлении сечений этих параметров. Предусмотрены следующие параметры.

- Нормированные амплитуды, с компенсацией геометрического расхожде-

ния, самый простой способ интерпретации данных просвечивания,

позволяющий получить сечение средних нормированных амплитуд. Дает

возможность грубой качественной интерпретации без количественных

оценок.

- Коэффициент экранирования, классический параметр, используемый в

радиоволновом просвечивании (см. Руководство по радиоволновым ме-

тодам, Петровский,Попов). Позволяет более тонкую качественную ин-

терпретацию а также грубые количественные оценки.

- Коэффициент поглощения-рассеяния (Непер/метр), с компенсацией как

геометрического расхождения, так и экспоненциальной зависимости

амплитуды от поглощения. Прямо пропорционален частоте сигнала и

декременту затухания в среде и обратно пропорционален скорости

распространения колебаний в среде. Позволяет как качественную ин-

терпретацию, так и количественные оценки. Наиболее информативен

с геологической точки зрения.

Предполагается невозможным разделить собственно поглощение энергии

волн (механическое или тепловое) и рассеяние ее на микронеоднородностях

среды (не превышающих размерами длину волны или размеры первой зоны Фре-

неля). Вводится понятие эффективного (интегрального) коэффициента погло-

щения-рассеяния (КПР), связанного с амплитудой волны следующим отноше-

нием, определив: a - коэффициент поглощения-рассеяния, S - длина луча,

U - амплитуда по лучу, Uo - начальная амплитуда в источнике.

U = --- Uo exp(-a*S)

Коэффициент поглощения-рассеяния можно связать с декрементом погло-

щения,исходя из следующих отношений,определив: d – декремент поглощения,

c – скорость распространения волн, w – частота.

Расчет величины "коэффициента экранирования" ( Ke ) для заданной

пары источник-приемник и соответствующей длины луча,ведется по следующей

формуле, определив: A - средний коэффициент поглощения-рассеяния в пре-

делах всего исследуемого объекта.

Ке = -------------------

U * S * exp(-A*S)

Расчет величины коэффициента поглощения-рассеяния для заданной пары

источник-приемник и соответствующей длины луча, ведется по следующей

формуле.

1 U * S

а = - --- ln ( ------- )

S Uo

Как в том, так и в другом случае, для расчета Ke и a необходимо оп-

ределить начальную амплитуду в источнике, исходя из следующего соотноше-

ния. При этом, может браться среднее значение по всем имеющимся парам

источник-приемник с соответствующими U и S.

U * S

Uo = -----------

exp(-A*S)

Для расчета как Ke так и a, критичным является правильное определе-

ние среднего значения коэффициента поглощения-рассеяния ( A ). Оно может

быть либо задано вручную исходя из априорных соображений, либо определено

автоматически, либо получено интерактивным подбором. Автоматическое опре-

деление среднего КПР может производиться либо попарным перебором всех

возможных комбинаций лучей (см. Руководство по радиоволновым методам,

Петровский,Попов), либо методом наименьших квадратов. При использовании

метода наименьших квадратов можно задать допустимое станартное отклонение

(в процентах), чтобы данные по тем источникам, для которых отклонение

будет превышено, не использовались при оценке среднего. При определении

попарным перебором лучей, определяется взвешенное среднее из всех возмож-

ных значений, определенных по всем возможным парам лучей, причем вес при

осреднении определяется как модуль разницы лучей умноженный на амплитуды

соответствующие обоим лучам (таким образом, наибольший вклад в среднее

значение осуществляют расчеты по парам лучей с максимальными амплитудами

и максимальными разницами в длине).

Определение среднего может вестись либо поэтапно, сначала для каждо-

го источника и соответствующей ему группы а затем по осреднением по всем

источникам, либо сразу по всем источникам и приемникам. Первый способ ре-

комендуется использовать в большинстве случаев, за исключением ситуаций,

когда источников и приемников мало вообще и расчет среднего по каждому

источнику в отдельности представляется проблематичным.

В процессе работы, модуль преобразует данные из файлов типа *.*AM в

данные файлов *.*AN, *.*AC и *.*AF - преобразование исходных амплитуд

либо - в амплитуды, нормированные к средней длине луча ("AN"), либо - в

"коэффициенты экранирования" ("AC"), либо - в коэффициенты поглощения-

рассеяния волн("AF").

При этом,возможно объединение нескольких файлов – в случае если тре-

буется получить единый файл обработанных амплитуд по нескольким файлам

исходных амплитуд. Для этого Вы сначала обрабатываете первый файл типа

*.R*, а затем, запуская на обработку следующие, на запрос программы,

нужно-ли переписать данные отвечаете отрицательно, а на вопрос нужно ли

их добавить к уже имеющимся, даете утвердительный ответ. Если объединения

файлов не требуется, то на запрос о переписывании данных отвечаете либо

утвердительно (и тогда существующий файл будет переписан), либо отрица-

тельно (и затем также отказываетесь от добавления к имеющемуся файлу и

задаете другое имя файла).

2.5.2. Стартовый диалог

При запуске модуля, вызывается его стартовый диалог.

Модуль исполняется кнопкой "ВЫПОЛНИТЬ". При запуске необходимо опре-

делить значения в следующих полях в диалогового окна:

1."ВХОДНОЙ ФАЙЛ" - нужно задать имя файла типа *.R* , предвари-

тельно подготовленного с помощью программы TGEO.

2."ВЫХОДНОЙ ФАЙЛ" - задать имя файла типа *.R*, который или дол-

жен быть получен в результате обработки , или - уже был создан и

требуется добавить к нему информацию. Тип выходного файла обяза-

тельно должен соответствовать строке "РЕЗУЛЬТАТ" ( например, "амп-

литудам" должен отвечать файл *.RAN ). Этот файл будет затем ис-

пользован для томографического восстановления модулем TALG.

3."ОЦЕНКА СРЕДНЕГО" - определить , будет ли вестись интерактивный

контроль определения среднего коэффициента поглощения-рассеяния,

или его значение будет заданов вручную:

-"АВТОМАТИЧЕСКАЯ", не будет – в этом случае система произведет

оценку среднего либо (если указано РАСЧЕТ – ПОПАРНЫМ ПЕРЕБОРОМ ЛУ-

ЧЕЙ) по всем источникам, либо (если указано РАСЧЕТ – МЕТОДОМ НАИ-

МЕНЬШИХ КВАДРАТОВ) по тем источникам (стоянкам приемников), для

которых стандартное отклонение данных от модельных (расчитанных на

основе среднего) не будет превышать заданного, при этом,если тако-

вых не найдется, будет выдано сооветствующее сообщение;

-"ИНТЕРАКТИВНАЯ" , будет – в этом случае система перейдет в интер-

активный режим описанный ниже;

-"ЗАДАТЬ ВРУЧНУЮ", необходимо указать среднее значение коэффици-

ента поглощения-рассеяния в поле "СРЕДНЕЕ", исходя из априорных

соображений.

4."ГРУППИРОВКА", указать, будет ли определяться среднее значение ин-

дивидуально по каждому источнику с последующим осреднением по всем

источникам, или по всем источника сразу:

-"ПО ИСТОЧНИКМ", определять среднее значение индивидуально по

каждому источнику и его приемникам, с последующим осреднением по

всем приемникмм;

-"НЕ ГРУППИРОВАТЬ", сразу определять общее среднее по всем источ-

никам и приемникам.

5."РАСЧЕТ " - задать конкретный способ определения среднего

коэффициента поглощения-рассеяния:

-"МЕТОДОМ НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ", нахождение с помощью метода на-

именьших квадратов такой его величины, чтобы получаемая расчетная

кривая оптимально проходила через облако точек реальных данных;

-"ПОПАРНЫМ ПЕРЕБОРОМ ЛУЧЕЙ", определение коэффициента поглощения

при определении его величины по амплитудам двух лучей различной

длины(см. Руководство по радиоволновым методам, Петровский,Попов),

взвешивая результаты по каждой паре лучей пропорционально разнице

расстояний по лучам и амплитудам по обоим лучам.

6."СРЕДНЕЕ" – указать среднее значение известное a priori, исходя из

опыта предшествующих исследований, в случае, если указано ОЦЕНКА

СРЕДНЕГО – ЗАДАТЬ ВРУЧНУЮ. В случае, если среднее значение не за-

дается вручную а рассчитывается в ходе работы, после завершения

работы модуля значение этого поля изменяется автоматически.

7."РЕЗУЛЬТАТ" - здесь нужно определить вид желаемого в качестве

результата обработки параметра,при соответствии его типу выходного

файла.

-"НОРМИРОВАННЫЕ АМПЛИТУДЫ" - амплитуды, нормированные к средней

длине луча по всем используемым лучам ( тип *.RAN );

-"КОЭФФИЦИЕНТ ЭКРАНИРОВАНИЯ" - ( тип *.RAC );

-"К-Т ПОГЛОЩЕНИЯ-РАССЕЯНИЯ" - коэффициент поглощения - рассеяния

( тип *.RAF ).

6."ОТКЛОНЕНИЕ" - здесь можно задать допустимое стандартное откло-

нение в процентах. Если не задано, то для расчета среднего коэффи-

циента поглощения – рассеяния используются данные по всем источни-

кам, независомо от отклонения. Если задано, то, при группировке

по источникам, средние значения для тех источников и расстановок

приемников, для которых расчетная кривая отклоняется от наблюден-

ной в большем отношении, исключаются из рассмотрения. Это значение

используется только при автоматической оценке среднего методом

наименьших квадратов и игнорируется в интерактивном режиме или при

использовании метода попарного перебора лучей.

2.5.3. Интерактивный подбор среднего значения коэффициента

поглощения-рассеяния

В интерактивном режиме работа происходит следующим образом.В случае,

когда задано группирование по источникам, на экране поочередно показыва-

ются амплитудные данные для источников(стоянок приемников) в виде точек,

совмещенные с графиком расчетной амплитуды, исходя из среднего значения

коэффициента поглощения-рассеяния и начальной амплитуды в источнике.

Сначала амплитудные данные по каждому источнику показываются первый

раз, при этом на экран выводится номер стоянки, расчетное значение коэф-

фициента поглощения-рассеяния оцененное, для данных источника и стоянки

приемников, а также стандартное отклонение. Для каждого источника, воз-

можны описанные ниже операции. После показа последнего источника, система

рассчитывает обобщенное значение коэффициента по всем источникам включен-

ным в рассмотрение.Затем, данные по каждому источнику показываются снова,

но уже с графиком рассчитанным на основе обобщенного значения коэффициен-

та поглощения-рассеяния. Итеративный просмотр исходных и расчетных амли-

туд продолжается до тех пор, пока не будет получено удовлетворительное

значение коэффициента для всех источников (стоянок приемников).

При начале анализа данных в интерактивном режиме, перед Вами появит-

ся результат определения средней величины коэффициента поглощения-рассея-

ния по текущей группе (стоянке) приемников. Нажатием правой кнопки «мыши»

можно вызвать контекстное меню, предоставляющее следующие возможности.

1."Игнорировать" – произвести редактирование амплитудных данных, при

этом наведение курсора на точку с однократным нажатием левой кноп-

ки «мыши» приведет к выделению точки, а двукратное нажатие левой

кнопки приведет к переводу точки в «игнорируемое» состояние, при

котором точка не будет учитываться при оценке среднего значения

коэффициента поглощения-рассеяния (но будет использована в после-

дующей обработке). Игнорируемое состояние значения обозначется

уменьшенным размером точки и более бледным цветом. Повторное дву-

кратное нажатие левой кнопки «мыши» приведет в восстановленю точ-

кой «актуального» состояния. Рекомендуется игнорировать точки,

предположительно связанные с локальными аномалиями свойств иссле-

дуемой среды.

2."Отбраковать" – сходно с предыдущим ("Игнорировать"), однако дву-

кратное нажатие левой кнопки приведет к «удалению» значения, то

есть, значение амплитуды будет исключено не только из определения

среднего значения, но и из всей последующей обработки.Восстановить

«удаленное» значение невозможно – разве что можно прервать текущую

сессию ("Прервать") и перезапустить модуль сначала. Рекомендуется

отбраковывать точки , предположительно связанные с локальными

аномалиями условий регистрации или проблемами с оборудованием.

3."Подобрать значение" - задать Ваше значение среднего коэффициента

поглощения-рассеяния, для расчета теоретической кривой и сопостав-

ления ее с наблюденными данными.

4."Запомнить и продолжить" - если Вас устраивает соответствие рас-

четной кривой экспериментальным данным , зафиксировать результат

анализа и перейти к следующей расстановке приемников.

5."Пропустить" - не производить по этой группе определения величины

коэффициента, а сразу перейти к следующей , сохранив сами данные

для последующей обработки.

6."Сохранить и завершить" - нормально завершить работу. Это возможно

только если Вы хотя бы один раз просмотрели все группы приемников

(расстановки) и хотите записать результат. Если Вы не воспользуе-

тесь этой или следующей ("Прервать") возможностью, то на экране

бесконечно будут появляться одни и те-же данные, но расчетная кри-

вая будет уже рассчитываться на основании среднего по всем расста-

новкам, определенного после предыдущего прохода, и Вы сможете это

среднее корректировать.

7."Прервать" - аварийно завершить работу, при этом никаких расчетов

больше не производится и информация не сохраняется.

В случае, когда группирование по источникам не задано, на экране по-

казываются расчетные и наблюденные амплитудные данные по всем источникм и

приемникам сразу, в остальном работа происходит как описано выше.

2.5.4. Сообщения модуля

В процессе работы модуля TPRE Вам, возможно, придется сталкиваться

со следующими сообщениями:

"ВЫ ХОТИТЕ ПЕРЕПИСАТЬ ДАННЫЕ(Y) ?" - итоговый файл с заданным именем уже

имеется в указанном или текущем под-

каталоге. Если Вам хочется заменить

текущий файл переписав его заново,то

выберите "Yes". Иначе, будет предло-

жено добавить информацию к имеющей-

ся, дописав существующий файл.

"ДОБАВИТЬ К ИМЕЮЩЕМУСЯ ФАЙЛУ(Y) ?" - итоговый файл с заданным именем уже

имеется в указанном или текущем под-

каталоге и Вы отказались переписать

его заново.Если Вам хочется добавить

обрабатываемую информацию к нему, то

выберите "Yes".Если же Вы хотите за-

писать новые значения в файл с дру-

гим именем, выберите "No" и укажите

другое имя файла в стартовом диалоге.

"НЕ УДАЕТСЯ РАСЧЕТ ПОГЛОЩЕНИЯ-РАССЕЯНИЯ" – расчет поглощения-рассеяния не

представляется возможным либо потому

что допустимое отклонение задано

слишком маленьким, либо по причине

недостаточно представительных данных.

Необходимо либо увеличить допустимое

отклонение, либо произвести расчет в

интерактивном режиме с отбраковкой

данных. Также, это может быть из-за

отсутствия в группе примников источ-

ника лучей различной длины, в случае

чего рекомендуется не использовать

группирование данных по источникам.

2.5.5. Методические рекомендации

Процедура определения среднего значения КПР критична в том смысле,

что неверная его оценка может привести к искаженным результатам при пос-

ледующем томографическом восстановлении.В связи с этим, следует выполнять

перечисленные ниже рекомендации.

- Тщательно следить за соотношением интенсивности возбуждения коле-

баний в источнике и усиления в приемниках, обеспечивать регистра-

цию колебаний в пределах динамического диапазона аппараттуры.

- В случае, если в различных источниках использовалась различная ин-

тенсивность возбуждения, учитывать это параметром <коэффициент ус-

ловий возбуждения> в файлах *.G* и *.PRO (можно указывать, напри-

мер, количество накоплений в сейсмическом источнике или ток излу-

чателя в источнике электромагнитных колебаний)

- Не допускать в исходные данные значений, зарегистрированных ниже

или выше порога чувствительности аппараттуры (за пределами динами-

ческого диапазона) – эти значения могут быть выявлены на кривых

амплитудных графиков как неизменяющиеся участки кривых около нуле-

вых значений или около некоторых максимальных значений.

- Если значения, зарегистрированные ниже или выше порога чувстви-

тельности аппараттуры попали в данные то их следует «отбраковать»

в интерактивном режиме модуля TPRE.Если же хочется их использовать

в томографическом восстановлении (осознанно допуская возможные

искажения), то их следует «игнорировать» при определении среднего

значения КПР, как показано на рисунке ниже.

Следующая картинка демонстрирует искажения, возможные при восста-

новлении сечения при неверно определенном средним КПР. В верхнем ряду по-

казана схема хода лучей межскважинного просвечивания (слева) и математи-

ческая модель сечений КПР в межскважинном пространстве (справа). В сред-

нем и нижнем рядах показаны результаты обраного проецирования (простейший

из алгоритмов томографического восстановления) по лучевым КПР, рассчитан-

ным при различных определениях среднего КПР (указан красным цветом).

Очевидно, что правильно определенное значение среднего КПР (0.24) дает

возможность восстановить картину близкую к реальности (качество может

быть повышено применением алгоритмов итерационного восстановления, сумми-

рования разностей и коррекции обратной проекции), а завышенные и зани-

женные значения среднего КПР приводят к различным искажениям.

Следующая картинка иллюстрирует то, что только использование КПР,

при правильно оцененном среднем его значении, позволяет проводить как ка-

чественную так и количественную интерпретацию восстановленных сечений.

Вверху слева показана математическая модель КПР для схемы межсква-

жинного просвечивания приведенной ранее. Вверху справа показано сечение

обратного проецирования по нормированным амплитудам(в условных единицах),

где аномально поглощающие пласты идентифицируются областями пониженных

амплитуд с искаженной геометрией. Внизу слева показано сечение коэффици-

ента экранирования (в безразмерных единицах приведенных к уровню 1.0, где

значения выше 1.0 говорят об аномальном поглощении-рассеянии) – на этом

сечении геометрические искажения пластов, идентифицируемых повышенным эк-

ранированием, существенно менее заметны. Внизу справа показано сечение

КПР, соотвествующее исходной модели как с точки зрения геометрии пластов,

так и с точки зрения абсолютных восстановленных значений.