Введение. Сейсморазведка как составная часть геолого-геофизической многомерной многопараметровой информационной системы

Сейсморазведка как составная часть геолого-геофизической многомерной многопараметровой
информационной системы

Известно, что в развитии человеческого общества по его организации, основному типу хозяйственной деятельности и основной решаемой задаче выделяют ряд ступеней: первобытно-общинное Þ рабовладельческое Þ феодальное Þ … Þ индустриальное Þ потребительское Þ информационное (современная ступень). Исключительная важность информационной составляющей понималась людьми всегда (Евангелие от Иоана начинается так:…Вначале было СЛОВО. Слово было у Бога. Слово было Бог. – т.е. информационноепонятие Слово приравнивается к созидательному понятию Бог).

В настоящее время роль информации стала главенствующей в человеческой деятельности. Возможности человечества таковы, что само его существование зависит от разумной эксплуатации природных ресурсов, Т.Е.: возникла необходимость создания геоинформационной системы (ГИС).

Геологическая среда (геосфера) – часть …
весьма сложной системы, которую представляет Земля как планета. Она находится в постоянном взаимодействии с другими средами (атмосфера, гидросфера, биосфера, ноосфера).

Пример: активизация и изменение современных геодинамических процессов (техногенные землетрясения) – взаимодействие геосферы и ноосферы.

Изучением геологической среды занимается геология – комплекс наук, имеющих общий предмет и разные методы. Цели этого изучения:

— накопление фундаментальных знаний (фундамент. аспект);

— поиск месторождений полезных ископаемых (прикладной аспект).

Каждая из наук имеет свои ограничения и поэтому геологическое знание есть продукт переработки данных всех геологических наук.

Т.О. геологию можно рассматривать как часть ГИС.

Геологическая информация существует во времени-пространстве и, следовательно, многомерна. При этом время понимается в широком смысле:

— абсолютное время вселенной;

— время развития Солнечной системы;

— глобальное время развития Земли;

— локальное время развития регионов;

— локальное время течения каких-либо физико-химических процессов и т.п.

Геологическое знание многопараметрово: для представления о геологическом строении какого-либо объема среды надо знать его литологические, физико-химические, стратиграфические, тектонические и т.п. характеристики

Геологические науки по взаимоотношению с объектом исследований можно разделить на:

~ контактные – изучающие объект непосредственно (например, минералогия);

~ неконтактные – изучающие объект опосредовано (например, морфометрия, аэрокосмическая геология и т.п.).

Геофизические методы исследований являются типичным примером неконтактных: изучаются не сами геологические объекты (зачастую это невозможно), а характер их воздействия на естественные и (или) искусственные физические поля. Опосредованность методов предполагает ограниченность результатов каждого и требует их комплексирования для компенсации ограничений.

Роль геофизических методов в геологии постоянно возрастает. Она особо велика при изучении глубинного строения. Поэтому можно говорить о геолого-геофизической системе знаний (геолого-геофизической информационной системе).

Геофизические знания, являясь частью геологической информационной системы должны быть многомерными и многопараметровыми (под параметрами понимаются характеристики физических полей и физические характеристики среды).

Сейсмические методы исследований в фундаментальном плане являются исключительными при изучении глубинных частей земной коры, мантии и ядра. Модель внутреннего строения Земли построена в основном по данным сейсмологии.

В прикладном аспекте сейсмические методы играют весьма важную роль (наиболее высокая точность и самый широкий диапазон глубин). Особо велико их значение при поисках месторождений нефти и газа.

Технологически геолого-геофизическая информационная система должна иметь в своей основе разветвленную базу знаний. Методы извлечения информации, реализуемые в ней, должны представлять собой единство детерминистского и статистического подходов. Роль компьютерных технологий уже в настоящее. время весьма велика и продолжает возрастать.

Сейсморазведка, как часть геолого-геофизической информационной системы, сыграла весьма важную роль во внедрении машинных (компьютерных) методов извлечения информации. Предпосылка этого – в весьма большом объеме и высокой плотности потока информации, несопоставимых ни с каким другим геофизическим методом (последнее потребовало перехода от анализа единичных измерений к анализу ансамблей сейсмических трасс – временных разрезов).

Формирование ансамблей, подавление помех, представление ансамблей в удобном для геологического истолкования виде составило предмет обработки сейсморазведочной информации. Обработка вначале развивалась в аналоговой форме, но по мере развития вычислительной техники стала исключительно компьютерной (в США, где развитие ЭВМ опережало другие страны, аналоговая обработка практически не существовала).

Глобальными достоинствами цифровой обработки являются:

~ универсальность по отношению к вычислительной технике;

~ лучшая переносимость алгоритмов обработки;

~ возможность использования физически нереализуемых процедур.

Недостатком является последовательное выполнение операций, присущее ЭВМ. Для преодоления его используется распараллеливание вычислительного процесса (система прерываний в ЭВМ и основанные на ней многозадачные системы обработки, многопроцессорные ЭВМ). Тем не менее, при реализации сложных алгоритмов ЭВМ уступают аналоговым машинам по производительности (оптическая фильтрация).

Компьютерное извлечение информации реализуется в виде комплексов программ обработки и целью данного курса будет ознакомление с принципами организации комплексов и основными алгоритмами обработки.

Внутри этой цели можно выделить следующие задачи:

1. Рассмотрение структуры сейсморазведочной информационной системы.

2. Рассмотрение комплексов программ эквидистантно кодированной информации.

3. Рассмотрение параметрической обработки.

Третья задача представляется важной, поскольку плотность потока информации в современной сейсморазведке во много раз превышает человеческие возможности по ее усвоению. Требуются кардинально новые подходы к представлению информации. Одним из таких подходов является параметрическая обработка. Элементы ее встречаются во многих комплексах, но систематически она реализована лишь в комплексах ЦМ РНП и SWAP (последний функционирует на ВЦ кафедры геофизики СГУ).

В лекционном курсе, рассчитанным на один семестр, не могут быть даже бегло рассмотрены проблемы обработки данных сейсморазведки во всех ее модификациях, поэтому упор сделан на наиболее употребительную, а именно – наземную сейсморазведку МОГТ-2D.

Контрольные вопросы.

1. Чем обусловлена необходимость создания геоинформационной системы (ГИС)?

2. Что представляет собой геология и каково её место в ГИС?

3. В чем состоит главная особенность геологической информации?

4. В чём состоит особенность геофизических методов изучения геологической среды?

5. В чём заключается особая роль сейсмических методов исследования в сопоставлении с другими геофизическими методами?

6. Почему сейсморазведка сыграла особую роль во внедрении компьютерных методов извлечения информации в геофизике?

7. В чём состоят основные достоинства и недостатки цифровой обработки информации?

8. Какова цель курса «Комплексы программ обработки сейсморазведочной информации»?

9. Какие основные задачи решаются в данном курсе?

10. Каковы предпосылки параметрической обработки сейсморазведочной информации?

Раздел 1 Обработка и интерпретация, как составные части сейсморазведочной
информационной системы

Накопление информации в базе знаний происходит в результате функционирования какой-либо информационной системы (в данном случае – геолого-геофизической). Совокупность геофизических методов исследования геологической среды является её составной частью.

В силу ограниченности каждого из методов (опосредованность геологической информации конкретным физическим полем) их данные используются только комплексно, т.е. информационная система каждого из методов является составной частью геофизической информационной системы.

Рассмотрим структуру сейсморазведки как сейсморазведочную информационную систему.

Тема 1.1. Структура сейсморазведочной
информационной системы.

Понятие информационной системы введено К.Э. Шенноном. Простейшая структура такой системы – информационный канал:

Применительно к сейсморазведке такая схема условна – всё зависит от того, что в ней считать сообщением.

Пусть распределение скорости распространения упругих колебаний (V) и плотности (r) в исследуемом объёме среды — есть исходная информация (сообщение). Тогда:

— поле упругих колебаний в сочетании с сейсмоприемником можно рассматривать как передатчик,

— сигнал от сейсмоприемников на входе сейсмостанции – сигнал + помеха,

— совокупность регистрирующей системы, обработки и интерпретация – приемник,

— результаты интерпретации – принятое сообщение,

— адресат – геолог.

Данная схема верна, но использование её затруднительно – сейсморазведка позволяет определить распределение V и r только при очень благоприятных условиях.

Чаще всего могут быть получены только характеристики волнового поля. Тогда:

— поле упругих колебаний – исходное сообщение,

— система регистрации – передатчик,

— система обработки и интерпретации – приёмник,

— результативные материалы (временные и глубинные разрезы, скоростные модели, параметрические разрезы, СВАН-разрезы, карты изохрон) – принятое сообщение,

— интерпретатор – адресат.

Примем последний подход за основу и рассмотрим более подробно структуру сейсморазведочной информационной системы

Cейсморазведочную информационную систему (ИС) можно условно разбить на три звена – полевое, обрабатывающее и интерпретационное. Условность разбиения определяется условностью границ между ними: некоторые процедуры обработки могут выполняться в процессе регистрации, а граница между обработкой и интерпретацией вообще практически отсутствует.