Estymacja pola prędkości w niejednorodnym ośrodku anizotropowym VTI (Vertical Transverse Isotropy) z zastosowaniem metod optymalizacyjnych

• Autorzy: Pirowska K.

Warianty tytułu

EN

Estimation of the velocity field in inhomogeneous anisotropy media VTI (Vertical Transverse Isotropy) using optimization methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy badawczej było opracowanie metody oszacowania pola prędkości propagacji fali podłużnej w niejednorodnym ośrodku anizotropowym VTI na podstawie danych sejsmiki powierzchniowej. W szczególności główny obiekt zainteresowania stanowiło wyznaczenie wartości parametrów Thomsena ε i δ przy założeniu, że prędkość pionowa jest znana, oraz analiza możliwości określenia powyższych parametrów, gdy prędkość pionowa została przyjęta błędnie. Zaproponowana metoda opiera się na tradycyjnej technice analizy prędkości migracyjnych dla ośrodków izotropowych, która polega na poszukiwaniu wartości prędkości, dla których głębokość odwzorowywanego punktu ośrodka jako funkcja odległości pomiędzy źródłem i odbiornikiem jest niezmienna, tzn. nie zależy od offsetu. Jednak w ośrodkach anizotropowych uzyskanie tzw. efektu wypłaszczenia możliwe jest jedynie po uwzględnieniu parametrów anizotropii Thomsena ε i δ. Określenie optymalnych parametrów anizotropii potraktowano jako problem optymalizacyjny, a nowatorskim rozwiązaniem była próba zastosowania probabilistycznych metod optymalizacji globalnej, metody symulowanego wyżarzania oraz algorytmu genetycznego. W publikacji przedstawiono obliczenia dla trzech modeli o różnym stopniu skomplikowania. Opracowana w projekcie metodyka przyniosła odmienne rezultaty dla poszczególnych modeli. W przypadku najprostszego modelu I (z jedną granicą płaskorównoległą) trafniejsze wyniki otrzymano za pomocą algorytmu genetycznego GA. Jednak błąd względny procentowy oszacowania był duży i wynosił 16% dla parametru ε oraz 58% dla parametru δ. W obliczeniach z zastosowaniem modelu II (z granicą nachyloną) obie metody przyniosły porównywalne wyniki. Parametr ε został oszacowany z dokładnością 0,1%, natomiast błąd procentowy oszacowania parametru δ wynosił 24%. Istotnym punktem badań było przetestowanie metodyki na bardziej skomplikowanym modelu III, zawierającym struktury charakterystyczne dla występowania węglowodorów – uskok oraz wysad solny. Niestety okazało się, że osiągnięcie „wypłaszczenia" na kolekcjach wspólnego punktu obrazowania nie odzwierciedla się w dokładności oszacowania poszczególnych parametrów anizotropii. Ponieważ obliczenia prowadzone dla całego modelu nie były satysfakcjonujące, podzielono go na trzy części, dla których obliczenia były wykonywane niezależnie. Najbliższe rzeczywistości wyniki otrzymano w przypadku części modelu bez skomplikowanych struktur. Tak jak w sytuacji z modelami I oraz II dokładniej oszacowany został parametr ε. Rezultatem niniejszego projektu jest algorytm, który pomimo niedoskonałości może wspomagać dotychczasowe metody szacowania pola prędkości w ośrodkach anizotropowych. Przykładowo metoda może być wykorzystana przy szacowaniu parametrów wejściowych dla algorytmów migracji anizotropowej.

EN

The aim of this project was to work out the method of estimation of the velocity field for the longitudinal wave in inhomogeneous anisotropy medium VTI on the basis of seismic survey data. In particular, the main efforts was made to determine Thomsen parameters ε i δ with assumption that the vertical velocity is known and analyse of possibility of extracting this parameters in the situation when the vertical velocity is incorrect. Proposed method is based on the conventional technique of the migration velocity analysis for isotropic medium. It consists in seeking of the velocity values for which the depth of imaged point of the medium as the function of the distance between the source and a receiver is invariable. It means the depth of imaged point is not dependent on the offset. The estimation of the anisotropy parameters was treated as optimization problem, and the attempt to use probabilistic global optimization methods as simulated annealing and genetic algorithm was innovative solution.The results of calculation for the three different models are presented in this publication. For the simplest model I (with one plane and horizontal reflector) more accurate solution was received using the genetic algorithm GA. Nevertheless the relative error of estimation is high. It is equal 16% for the parameter ε and 58% for the parameter δ. For the model II (with the dipping reflector) both methods gave the comparable results. The parameter ε was estimated with the accuracy 0.1%, the relative error of parameter δ estimation is 24%. Important part of the research was testing of methodology for more complicated model III, which contains the structures specific for occurrence of the hydrocarbons – the fault and the salt dome. Unfortunately, it appeared that reaching of flatness in the common image point panels does not result in accuracy of the anisotropy parameters estimation. The calculation for model III was not satisfying, this is why it was divided into three parts. For the each part the calculation was conducted independent. The result received for the part without complicated structures was the nearest of the reality. Like for model I and model II, more accurate estimation was for the parameter ε. The presented algorithm, despite of imperfection, can be auxiliary for the previous methods of the velocity field estimation in anisotropy medium. As an example, the method can be used for the estimation of the input parameters for anisotropic migration algorithms.

Słowa kluczowe

PL

niejednorodny ośrodek anizotropowy; pole prędkości; estymacja; metody optymalizacyjne

EN

inhomogeneous anisotropy media; velocity fields; estimation; optimization methods

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 200
• Strony: 1--179
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pirowska K.

• Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• 1) Alkhalifah T., 1995: Efficient synthetic seismogram generation in transversely isotropic, inhomogeneous media. Geophysics, vol. 60, s. 1139-1150.
• 2) Alkhalifah T., 2011: Scanning anisotropy parameters in complex media. Geophysics, vol. 76, s. U13-U22.
• 3) Alkhalifah T., 2014: Full waveform inversion in an anisotropic world: where are the parameters hiding? Education Tour Series, 10, EAGE.
• 4) Alkhalifah T., Tsvankin I., 1995: Velocity analysis for transversely isotropic media. Geophysics, vol. 60, s. 1550-1566.
• 5) Alkhalifah T., Tsvankin I., Larner K., Toldi J., 1996: Velocity analysis and imaging in transversely isotropic media: Methodology and a case study. The Leading Edge, vol. 15, no. 5, s. 371-378.
• 6) Al-Yahya K.,1989: Velocity analysis by iterative profile migration. Geophysics, vol. 54, s. 718-729.
• 7) Banik N., 1984: Velocity anisotropy of shales and depth estimation in the North Sea basin. Geophysics, vol. 49, s. 1411-1419.
• 8) Danek T., Leśniak A., Pięta A., 2010: Modelowanie numeryczne propagacji fal sejsmicznych w wybranych ośrodkach anizotropowych. Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN.
• 9) Deregowski S. M., 1990: Common-offset migration and velocity analysis. First Break, vol. 6, s. 225-234.
• 10) Docherty P., Silva R., Singh S., Song Z. M., Wood M., 1997: Migration velocity analysis using a genetic algorithm. Geophysical Prospecting, vol. 45, issue 5, s. 865-878.
• 11) Dubrule O., 2003: Geostatistics for seismic data integration in earth models. Distinguished Instructor Short Course, EAGE, SEG.
• 12) Goldberg D. E., 1998: Algorytmy genetyczne i ich zastosowania. WNT.
• 13) Helbig K., Thomsen L., 2005: 75-plus years of anisotropy in exploration and reservoir seismics: A historical review of concepts and methods. Geophysics, vol. 70, 9ND-23ND.
• 14) Isaac J. H., Lawton D. C., 2004: A practical method for estimating effective parameters of anisotropy from reflection seismic data. Geophysics, vol. 69, s. 681-689.
• 15) Jervis M., Sen M. K., Stoffa P. L., 1996: Prestack migration velocity estimation using nonlinear methods. Geophysics, vol. 60, s. 138-150.
• 16) Jędrzejowska-Tyczkowska H., Leginowicz A., Żukowska K., 2004: Analiza danych sejsmicznych w aspekcie określenia występowania anizotropii prędkości w rejonie rowu tektonicznego Witaszyce-Jarocin. Prace Instytutu Nafty i Gazu, nr 130, s. 189-193.
• 17) Jones I.F., 2010: An introduction to: Velocity model building. EAGE Publications.
• 18) Kasina Z., 2009: Modelowanie trajektorii promieni i czasów przebiegu fal odbitych PP, SS i PS hca dyskretnego ośrodka poprzecznie izotropowego z nachyloną osią symetrii. Geologia, T. 35, z. 2/1, s. 387-392.
• 19) Kendall R., Gray S., Miao X., 2001: Anisotropic prestack depth migration for multicomponent data - methodology and examples. Extended Abstracts 63th EAGE Conference.
• 20) Kostecki A., 2007: Algorytm głębokościowej migracji w anizotropowym ośrodku VTl. Nafta-Gaz, nr 11, s. 661-665.
• 21) Kostecki A., Półchłopek A., 2004: Metoda określania prędkości w silnie niejednorodnym lateralnie ośrodku sejsmicznym z zastosowaniem ekstrapolacji pola falowego. Prace Instytutu Nafty i Gazu, nr 129.
• 22) Kostecki A., Półchłopek A., 2006: Studium odwzorowania strukturalnego w ośrodku anizotropowym VTI. Materiały konferencyjne Geopetrol 2006.
• 23) Kostecki A., Półchłopek A., 2008: Analiza migracyjnych prędkości fal podłużnych i poprzecznych z zastosowaniem głębokościowej ekstrapolacji pól falowych. Materiały konferencyjne Geopetrol 2008.
• 24) Lee W., Zhang L.,1992: Residual shot profile migration. Geophysics, vol. 59, s. 815-822.
• 25) Leśniak A., Pszczoła G., 2006: Algorytmy genetyczne w rozwiązywaniu zagadnień odwrotnych w geofizyce. Geoinformatica Polonica, T. 8, s. 45-52.
• 26) Li Y., Biondi B., 2009: Automatic velocity picking by simulated annealing. http://sepwww stanford.edu/data/media/public/docs/sep138/elital/paper.pdf, dostęp 15.01.2015.
• 27)Liu Z., 1997: An analytical approach to migration velocity analysis, Geophysics, vol. 62, s. 1238-1249.
• 28) Liu Z., Bleistein N.,1995: Migration velocity analysis; theory and an iterative algorithm. Geophysics, vol. 60, s. 142-153.
• 29) Mansanne F., Schoenauer M., 2002: An automatic geophysical inversion procedure using a genetic algorithm.W: P. Wong et al. (eds.), Soft Computing and Reservoir Modeling.Physica-Verlag, Springer-Verlag Company, s. 331-353.
• 30) Masters T.,1996: Sieci neuronowe w praktyce. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne.
• 31) Pirowska K., 2012a: Nowatorskie techniki w geofizyce. Rynek Polskiej Nafty i Gazu, No 7, s. 52-59.
• 32) Pirowska K., 2012b: Zastosowanie metod geostatystycznych do wyznaczania parametrów ośrodka geologicznego. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu, nr 189.
• 33) Półchłopek A., 2010: Anizotropowa wersja modelu Marmousi do testowania procedur migracyjnych. Materiały konferencyjne Geopetrol 2010.
• 34) Półchłopek A., Żuławiński K., 2010: Ocena efektywności operatora ekstrapolacji pola falowego w głąb ośrodka anizotropowego typu VTI. Nafta-Gaz, nr 12.
• 35) Reshef M., Roth M., 2006: VTI anisotropic corrections and effective parameter estimation after isotropic prestack depth migration, Geophysics, vol. 71, s. D35-D43.
• 36) Robein E., 2003: Velocities, time-imaging and depth imaging in reflection seismics. EAGE Publications.
• 37) Robein E., 2010: Seismic imaging. A review of the techniques, their principles, merits and limitations. Education Tour Series, vol. 4, EAGE.
• 38) Rudzki M. P., 1897: Ilber die Gestalt elastischer Wellen in Gesteinen. Bulletin of the Academy of Sciences, Cracow, s. 387-393.
• 39) Sattlegger J., Stiller P., Echterhoft J., Hentschke M., 1980: Common offset plane migration. Geoph. Prosp., vol. 28, s. 859-871.
• 40) Sarkar D., Tsvankin I., 2003: Analysis of image gathers in factorized VTI media. Geophysics, vol. 68, s. 2016-2025.
• 41) Sarkar D., Tsvankin I., 2004: Migration velocity analysis in factorized VTI media. Geophysics, vol. 69, s. 708-718.
• 42) Sen M. K., 2001: Pre-stack waveform inversion of plane wave seismograms: isotropy to transverse isotropy. CSEG Recorder, June, http://74.3.176.63/publications/recorder/2001/06jun/jun01-plane-wave-seismograms.pdf, dostęp 15.01.2015.
• 43) Sen M., Stoffa P. L., 1995: Global optimization methods in geophysical inversion. Elsevier.
• 44) Stunff Y. Le, Grechka V., Tsvankin I., 2001: Depth-domain velocity analysis in VTI media using surface P-wave data: Is it feasible? Geophysics, vol. 66, s. 897-903.
• 45)Thomsen L., 1986: Weak elastic anisotropy. Geophysics, vol. 51, s. 1954-1966.
• 46) Tsvankin I., 2001: Seismic signatures and analysis of reflection data in anisotropic media. Handbook of Geophysical Exploration. Pergamon.
• 47) Tsvankin I., Thomsen L., 1994: Nonhyperbolic reflection moveout in anisotropic media. Geophysics, vol. 59, s. 1290-1304.
• 48) Upadhyay S. K., 2004: Seismic reflection processing: With special reference to anisotropy. Springer.
• 49) Wolpert D. H., Macready W. G.,1997: No Free Lunch Theorems for Optimization. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, vol. 1, s. 67-82, http://ti.arc.nasa.gov/m/profile/dhw/papers/78.pdf, dostęp: 15.01.2015.
• 50)Yang X. S., 2010: Engineering optimization, An introduction with metaheuristic applications. Wiley.

Uwagi

Projekt badawczy nr 2001/01/N/ST10/06963