Software & Systems

В настоящее время основным геофизическим методом исследования геологического строения среды при решении нефтегазопоисковых задач является сейсмическая разведка. Она предполагает получение огромного количества исходных данных с использованием цифровых (24-битных) телеметрических систем и глубокую обработку этих данных для решения обратной акустической задачи. Значительный прогресс в области повышения точности и достоверности получаемых решений, достигнутый в последние годы, особенно при использовании трехмерных наблюдений (3D), обусловлен как высокотехнологичными способами сбора информации, так и развитием алгоритмов выделения сигналов на фоне помех и практической реализацией множества процедур обработки в специализированные программные системы. В настоящее время в России широко распространены UNIX-системы обработки сейсмических данных ведущих зарубежных производителей: ProMAX (Landmark), Geovector+ (CGG), Focus (Shlumberger), а также отечественная система СЦС-5 (ЦГЭ). В качестве аппаратных средств обычно используются высокопроизводительные многопроцессорные серверы (IBM, SUNSPARC, SILICONGRAPHICS) при соответствующих ресурсах оперативной и дисковой памяти (Гбайты и Тбайты соответственно).

Несмотря на определенные различия в построении обрабатывающих комплексов различных производителей в целом их процедурное насыщение обеспечивает решение обратных сейсмических задач и, как правило, основной формой представления результатов обработки является сейсмическое изображение геологической среды, которое может быть либо плоским (2D), если исследуется сечение (профиль) заданного направления, либо объемным (3D). Существенным моментом является то, что в качестве волнового процесса, используемого при решении обратных задач (получения изображений), рассматривается поле волн, отраженных на поверхностях скачка акустической жесткости, которые, в свою очередь, могут рассматриваться в качестве сейсмогеологических границ. Строго говоря, при обработке учитываются не только зеркально отраженные волны, но и волновые процессы более сложного порядка: дифракция, поглощение, обменные волны и т.д. Однако в традиционной обработке именно отраженные волны являются доминирующими в информационном смысле и вносят основной вклад в результирующее сейсмическое изображение. При этом усилия геофизиков-обработчиков направлены на повышение точности и детальности этих изображений путем расширения спектрального состава сигналов, уточнения скоростных моделей, используемых при трансформации волновых данных в нижнее полупространство, сохранения при этой трансформации динамических особенностей сигналов и др. В то же время все большее применение находят способы обработки данных, целенаправленно использующие при построении изображений не только отраженные волны, но и волновую информацию, непосредственно связанную с неоднородностями среды, такими как области нарушений, повышенной концентрации трещин и каверн в горных породах и т.д. При построении обрабатывающих процедур такой направленности эффективные решения и соответствующие им вычислительные схемы удается построить на основе концепции фокусирующих преобразованийÔ волнового поля (ФП – Ó С.И. Шленкин). Базируясь на достаточно наглядных принципах фокусировки волновой информации в заданные точки нижнего полупространства, ФП было опробовано в варианте физических экспериментов задолго до появления в практике сейсморазведки вычислительных комплексов и показало свою работоспособность при решении тонких геологических задач. По мере внедрения в практику обработки сейсмических данных вычислительных средств и роста их производительности методика ФП получила реальную базу для построения практических вычислительных схем в плоском (2D) и трехмерном (3D) вариантах.

В современном состоянии ФП представляет собой развитый программно-методический продукт, обеспечивающий решение как собственно задачи построения сейсмического изображения сложнопостроенной среды, так и получения специальных комплексных изображений, на которых наряду с информацией, содержащейся в отраженных волнах, удается, как правило, выделить и усилить слабые волновые эффекты, связанные с рассеянием зондирующего поля на неоднородностях различной геологической природы. Комплексное использование информации о строении среды, содержащейся в полях отраженных и рассеянных волн, обеспечивает повышение надежности прогноза ряда особенностей, присущих ловушкам углеводородов, и тем самым повышает эффективность исследования в целом.

То, что для реализации ФП необходимы аппаратные средства достаточно высокой производительности, можно рассматривать в качестве «платы» за универсальность подходов к обработке сейсмических данных, базирующихся на концепции фокусировки. И хотя сегодня, благодаря колоссальному прогрессу в области вычислительной техники, вопрос о ресурсах, необходимых для ФП, уже не стоит так остро, как в начале 90-х, тем не менее рентабельность всего процесса обработки потребовала разработки специальных приложений, эффективно использующих возможности многопроцессорного счета. Необходимость этого следует из того, что, если при обычном подходе, основанном на лучевых траекториях, изображение в каждой точке формируется из нескольких десятков сейсмозаписей, то для ФП-изображения, получаемого на основе волновых принципов, это число увеличивается на три порядка. Как отмечено ранее, это создает хорошие условия для выделения слабых сигналов, но и требует значительно больших затрат времени ЭВМ на обработку данных.

И в 2D, и в 3D вариантах схемы получения первичных данных сейсморазведки достаточно унифицированы и представляют собой варианты системы многократного (по средним точкам пунктов возбуждения и приема) прослеживания. Существенной является возможность выбора из таких данных подмножеств сейсмозаписей, соответствующих апертурам ФП источников и приемников. Эти подмножества (элементы ФП) являются объектами обработки начального уровня, которые по единому алгоритму формируют элементарные ФП-изображения в заданных точках нижнего полупространства (рис. 1). Таким образом, схема параллельных вычислений (рис. 2) строится путем обработки одним процессором набора элементов ФП. Программа монитор управляет процессом обработки, выполняя следующие функции:

·          загрузка процессоров данными и параметрами для ФП-элементов,

·          сбор элементарных ФП-изображений,

·          отображение текущего состояния процесса обработки.

В настоящее время по рассмотренной технологии проведена обработка значительного объема первичных материалов сейсморазведки как в профильном (2D), так и в пространственном (3D) вариантах в различных геологических условиях России (Западная и Восточная Сибирь, Тимано-Печора). Для обработки использовался программный комплекс, функционирующий в среде UNIX (Solaris) для платформы SUNSPARC. При этом использовались процессоры ULTRA 1 (170 МГц) и ULTRA 2 (300 МГц). Хорошие результаты (по соотношению цена-производительность) получены на процессорах Pentium II (F >300 МГц). Для профиля длиной 25 км при восьмидесятикратной системе наблюдения исходные данные объемом 230 Мб (располагались в ОЗУ) обрабатывались 100 часов на двух процессорах Pentium II 333 МГц, порождая 3Гб элементарных ФП-изображений. Интерактивный выбор параметров обработки занял 20 часов препоцессинга исходных данных. Старт-стопное время обратно пропорционально общей производительности процессоров.

Список литературы

1. Шленкин С.И. и др. Миграция исходных сейсмозаписей на основе фокусирующих преобразований как средство повышения информативности сейсморазведки. В кн.: Фундаментальные проблемы нефтегазогеологической науки. – М.: ВНИИОЭНГ. -1990. - С. 145–154.

2. Шленкин С.И. и др. Построение сейсмического изображения на основе фокусирующего преобразования исходных сейсмозаписей. // 36-й Междунар. геофизич. симп. – Киев, 1991. - Т. 3. - С. 53–58.

3. Шленкин С.И., Воцалевский З.С., Каширин Г.В., Масюков А.В. Совместная обработка отраженных и рассеянных сейсмических волн для детального изучения геологических сред. // Тез. докл. Междунар. геофизич. конф. ЕАГО/ EAGE/SEG. - М., 1997.

4. Slionkin, S.I., Kashirin, G.V. and Masjukov, A.V. Visualization of diffraction anomalies. 68-t Ann. Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, 1998.