Wydzia³ Geologii Geofizyki i Ochrony Œrodowiska; al. Mickiewicza 30, Kraków; 2 Geofizyka Kraków Sp. z o.o.;

Transkrypt

1 GEOLOGIA 2007 Tom 33 Zeszyt 4/ PRZETWARZANIE DANYCH SEJSMICZNYCH Z ZACHODNIEJ CZÊŒCI KARPAT FLISZOWYCH POD K TEM ELIMINACJI ZAK ÓCEÑ KOHERENTNYCH Z WYKORZYSTANIEM PROCEDURY FXCNS (SYSTEM OMEGA) Processing of seismic data from the western part of the Flysch Carpathians in order to suppress coherent noise using the FXCNS procedure (Omega system) Kaja PIETSCH 1 & Agnieszka URBAN 2 1 Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanis³awa Staszica, Wydzia³ Geologii Geofizyki i Ochrony Œrodowiska; al. Mickiewicza 30, Kraków; 2 Geofizyka Kraków Sp. z o.o.; pietsch@agh.edu.pl,agnieszka.urban@geofizyka.krakow.pl Treœæ: W niniejszym artykule przedstawiono dzia³anie i uzyskane wyniki zastosowania funkcji FXCNS, pracuj¹cej w systemie Omega, której zadaniem jest t³umienie zak³óceñ koherentnych. Sposób dzia³ania tej funkcji pokazano na przyk³adzie profilu sejsmicznego K, zarejestrowanego w zachodniej czêœci Karpat fliszowych (Geofizyka Kraków Sp. z o.o.). Zastosowanie funkcji FXCNS we wczesnym etapie przetwarzania przyczyni³o siê do lepszej estymacji waveletu podczas dekonwolucji (podniesienie rozdzielczoœæ pionowej), poprawi³o wzajemn¹ koherencjê tras, jak równie wyraÿne zwiêkszy³o rozdzielczoœæ poziom¹. S³owa kluczowe: przetwarzanie sejsmiczne, eliminacja zak³óceñ koherentnych, system Omega funkcja FXCNS, dane sejsmiczne z zachodniej czêœci Karpat fliszowych Abstract: The paper presents operation and results of application of the FXCNS procedure, operating in the Omega system. The task of this procedure is a coherent noise suppression. Application of the procedure was shown with an example of the seismic line K, registered by the Geofizyka Kraków Ltd. in the western part of the Flysch Carpathians. Application of the FXCNS procedure at an early stage of processing contributed to better estimation of a wavelet during deconvolution (increasing of vertical resolution), improved mutual coherence of traces, as well as distinctly improved horizontal resolution. Key words: seismic processing, coherent noise suppression, Omega system FXCNS procedure, seismic data from the west part of the Flysch Carpathians

2 Map of the Polish Outer Carpatians with the locality of the analyzed area (after ytko et al. 1989, simplified) Mapa polskich Karpat zewnêtrznych z lokalizacj¹ analizowanego terenu (wg ytko et al. 1989, uproszczona) 168 K. Pietsch & A. Urban

3 Przetwarzanie danych sejsmicznych z zachodniej czêœci Karpat fliszowych pod k¹tem Sejsmiczne badania refleksyjne odgrywaj¹ istotn¹ rolê przy rozpoznawaniu budowy Karpat, zarówno w skali regionalnej jak i lokalnej, m.in. przy poszukiwaniu z³ó wêglowodorów. Niestety widoczny na przekrojach sejsmicznych obraz falowy jest w wiêkszoœci przypadków trudny do interpretacji. Ma to miejsce równie na profilach sejsmicznych zarejestrowanych (lata ) w zachodniej czêœci Karpat fliszowych, w rejonie pomiêdzy Wadowicami ababi¹ Gór¹ (Pietsch et al. 2007a). Rejestrowany obraz falowy jest uwarunkowany, zarówno bardzo zmienn¹ budow¹ strefy przypowierzchniowej, jak i budow¹ wg³êbn¹ fa³dowo-p³aszczowinowym stylem przesz³o 2 kilometrowej formacji fliszowej oraz zrêbow¹ budow¹ pod³o a paleozoiczno-prekambryjskiego. Taki typ budowy, obok zmiennych i du ych upadów granic sejsmicznych oraz licznych ich wyklinowañ, czêstego wystêpowania fal dyfrakcyjnych zwi¹zanych z uskokami, powsta³ymi przy ró nym re imie, o ró nym zasiêgu i kierunku, powoduje równie generowanie du ej iloœci fal zak³ócaj¹cych, zwi¹zanych tak z p³ytk¹, jak i g³êbok¹ czêœci¹ przekroju geologicznego. W takiej sytuacji poprawa czytelnoœci sejsmicznego obrazu zachodniej czêœci Karpat Zewnêtrznych wymaga reprocessingu danych i zastosowania sekwencji przetwarzania nastawionej, w pierwszej kolejnoœci, na eliminacjê fal zak³ócaj¹cych, w drugiej zaœ na podniesienie rozdzielczoœci zapisu sejsmicznego, zarówno rozdzielczoœci pionowej jak i poziomej. W niniejszym artykule przedstawiono dzia³anie i uzyskane wyniki zastosowania, w pocz¹tkowym etapie reprocessingu, funkcji FXCNS, której zadaniem jest t³umienie zak³óceñ koherentnych. Sposób dzia³ania tej funkcji pokazano na przyk³adzie profilu sejsmicznego K (Geofizyka Kraków Sp. z o.o.), który dowi¹zany jest do dwóch g³êbokich otworów Œlemieñ 1 i Lachowice 7, nawiercaj¹cych prekambr. Prace obliczeniowe zrealizowano z wykorzystaniem systemu przetwarzania danych sejsmicznych Omega (WesternGeco). Analiza zapisu sejsmicznego rejestrowanego w obszarze Wadowice Babia Góra na rekordach polowych wykaza³a obecnoœæ silnych szumów koherentnych. Widoczna fala powierzchniowa silnie wp³ywa na mo liwoœæ wyodrêbnienia sygna³u u ytecznego (Fig. 1). Zak³ócenia te tworz¹ siê w strefie przypowierzchniowej, w formie rozproszonej fali powierzchniowej oraz silnych rewerberacji (trapped mode) i maj¹ takie same prêdkoœci pozorne jak fala refrakcyjna. Fale te interferuj¹ z sygna³em odbitym od granic refleksyjnych na dalszych offsetach. Dodatkowo niejednorodnoœci w strefie przypowierzchniowej mog¹ byæ przyczyn¹ rozproszenia energii sygna³u, co powoduje jego zró nicowanie nie tylko zwi¹zane z offsetem, ale tak e z kierunkiem umiejscowienia Ÿród³a (szczególnie wa ne dla danych 3D). Usuniêcie koherentnych szumów zak³ócaj¹cych dane jest bardzo istotne z punktu widzenia procesu przetwarzania. Obecnoœæ tego rodzaju sk³adowych sygna³u wp³ywa negatywnie na dzia³anie algorytmów stosowanych przed sk³adaniem, a tak e czêsto na sam proces sk³adania. Do wyodrêbnienia i usuniêcia zak³ócaj¹cej fali powierzchniowej wykorzystano dostêpny w systemie Omega modu³ F-X (Coherent Noise Suppression). Funkcja F-X Coherent Noise Suppression (FXCNS) jest zaprojektowana do os³abiania szumów koherentnych, generowanych w punktach wzbudzania. Radzi sobie tak e w przypadku zak³óceñ zwi¹zanych z niejednolitym przestrzennym próbkowaniem sygna³u. Dane konwertowane s¹ do domeny f-x, gdzie lokalnie dla ka dego odbiornika estymuje siê szum za pomoc¹ filtrów wachlarzowych (Hildebrand 1982) i optymalizuje metod¹ najmniejszych

4 170 K. Pietsch & A. Urban kwadratów (Seeman & Horowicz 1983). Procedura estymacji wykorzystuje pakiety kilku s¹siaduj¹cych ze sob¹ tras do wyodrêbnienia szumów dla wybranych zakresów prêdkoœci pozornych. Oddzielnie dla ka dego wybranego pasma czêstotliwoœci stosowana jest optymalizacja metod¹ najmniejszych kwadratów. Wyekstrahowany szum jest odejmowany od danych wejœciowych. Fig. 1. Profil sejsmiczny K, rekordy polowe 111 i 112 przed t³umieniem zak³óceñ amplitudowych Fig. 1. Seismic profile K, field records 111 and 112 before amplitude noise suppression W celu uzyskania jak najlepszego efektu dzia³ania modu³u FXCNS wykonano seriê testów najistotniejszych parametrów tej funkcji. Jako pierwszy testowano zakres filtra czêstotliwoœci, w obrêbie którego szum jest estymowany i usuwany. Szerokoœæ filtra czêstotliwoœci (trapezowego) jest okreœlona przez cztery wartoœci: górn¹ czêstotliwoœæ odciêcia, (high-cut frequency), dwie czêstotliwoœci zerowe (highpass frequency, low-pass frequency), doln¹ czêstotliwoœæ odciêcia (low-cut frequency). Pomiêdzy wartoœciami czêstotliwoœci zerowych (high-pass i low-pass frequency) szumy koherentne s¹ estymowane i usuwane z wag¹ jeden. Pomiêdzy górn¹ czêstotliwoœci¹ odciêcia oraz czêstotliwoœci¹ zerow¹ (high-cut, high-pass frequency) szumy koherentne s¹ estymowane i usuwane z wag¹ obliczan¹ przy pomocy funkcji cosinus. Szerokoœæ filtra powinna byæ tak dobrana, aby unikn¹æ efektów brzegowych.

5 Przetwarzanie danych sejsmicznych z zachodniej czêœci Karpat fliszowych pod k¹tem Wartoœci czêstotliwoœci okreœlaj¹ce kszta³t filtra by³y wybrane na podstawie analizy widma czêstotliwoœci danych sejsmicznych (Fig. 2). Fig. 2. Widmo czêstotliwoœciowe rekordów polowych Fig. 2. Amplitude spectrum of field records Analiza widma czêstotliwoœciowego pokazuje du y udzia³ czêstotliwoœci w zakresie od 4 do 18 Hz. Do testów wybrano dwa filtry: Hz oraz Hz. Za³o ono takie wartoœci, przy których czêstotliwoœci 4-12 Hz zostan¹ odfiltrowane z wag¹ jeden. Po wykonaniu testów porównano widma czêstotliwoœciowe danych po filtracji i ostatecznie jako najlepszy wybrano filtr Hz (Fig. 3 i 4). Fig. 3. Widmo czêstotliwoœciowe po zastosowaniu modu³u FXCNS z parametrami filtra czêstotliwoœci Hz Fig. 3. Amplitude spectrum after FXCNS module application with use of Hz frequency filter parameters Nastêpnym etapem testów by³o wybranie w³aœciwego zakresu prêdkoœci. Podobnie jak szerokoœæ filtra czêstotliwoœci, szerokoœæ pasma prêdkoœci jest okreœlona przez cztery wartoœci: górn¹ prêdkoœæ odciêcia (high-cut velocity), dwie prêdkoœci okreœlaj¹ce pasmo przenoszenia (high-pass velocity, low-pass velocity), doln¹ prêdkoœæ odciêcia (low-cut velocity). Pomiêdzy wartoœciami prêdkoœci okreœlaj¹cych pasmo przenoszenia (high-pass, low-pass velocity) szumy koherentne s¹ estymowane i usuwane z wag¹ jeden. Pomiêdzy wartoœci¹ górnej prêdkoœci odciêcia oraz górnej prêdkoœci przenoszenia (high-cut, high-pass velocity) szumy koherentne s¹ estymowane i usuwane z wag¹, obliczan¹ przy pomocy funkcji cosinus. Szerokoœæ filtra powinna byæ tak dobrana, aby unikn¹æ efektów brzegowych.

6 172 K. Pietsch & A. Urban Fig. 4. Widmo czêstotliwoœciowe po zastosowaniu modu³u FXCNS z parametrami filtra czêstotliwoœci Hz Fig. 4. Amplitude spectrum after FXCNS module application with use of Hz frequency filter parameters Wartoœci prêdkoœci by³y wybrane na podstawie analizy rekordów polowych. Do testów wybrano trzy ró ne zakresy prêdkoœci: , i m/s. Po przeanalizowaniu wyników testów stwierdzono, e modu³ FXCNS najlepiej filtruje szumy koherentne dla parametrów m/s (Fig. 5). W trzecim etapie testów porównano wyniki dzia³ania funkcji FXCNS podczas jednej iteracji oraz podczas trzech (maksymalna zalecana iloœæ iteracji). Stwierdzono, e trzy iteracje lepiej usuwaj¹ szumy koherentne z rekordów (Fig. 6). Po doborze parametrów (zakresu czêstotliwoœci, prêdkoœci oraz iloœci iteracji) porównano rekordy przed i po zastosowaniu funkcji FXCNS (Fig. 7). Z porównania wynika, e dane poddane dzia³aniu tej funkcji maj¹ o wiele lepszy stosunek sygna³u u ytecznego do szumów koherentnych. Zastosowanie funkcji FXCNS we wczesnym etapie przetwarzania znacz¹co wp³ynê³o na jego dalszy przebieg. Usuniêcie szumów koherentnych, a tak e czêœci szumów przypadkowych spowodowa³o lepsz¹ estymacjê waveletu podczas dekonwolucji (podniesienie rozdzielczoœæ pionowej) oraz poprawi³o wzajemn¹ koherencjê tras (Fig. 8 i 9), istotn¹ podczas wykonywania analiz prêdkoœci, obliczania statyki rezydualnej oraz korelacji horyzontów sejsmicznych. Spowodowa³o równie wyraÿne zwiêkszenie rozdzielczoœci poziomej, co pokazuje porównanie przekrojów po migracji czasowej po sk³adaniu bez zastosowania modu³u FXCNS (Fig. 10 sekcja archiwalna) oraz po jego zastosowaniu (Fig. 11). Przetworzenie przekroju sejsmicznego K, z zastosowaniem sekwencji przetwarzania pokazanej w tabeli 1, doprowadzi³o do wyraÿnej poprawy obrazu sejsmicznego zarówno utworów fliszu jak i platformowego pod³o a. Zasadnicze ró nice to: zdecydowana poprawa ci¹g³oœci stromo nachylonych granic sejsmicznych w obrêbie utworów fliszu, dziêki czemu mo liwa jest identyfikacja stref g³ównych nasuniêæ; eliminacja fal wielokrotnych, wewn¹trzwarstwowych, powstaj¹cych na silnych granicach w obrêbie platformowego pod³o a, co powoduje, e zapis sejsmiczny jest bardziej rozdzielczy. Mo liwe jest wiêc pewniejsze geologiczne dowi¹zanie granic sejsmicznych, lepsza korelacja horyzontów sejsmicznych oraz identyfikacja fal dyfrakcyjnych, które s¹ pomocne przy lokalizacji stref uskokowych.

7 Przetwarzanie danych sejsmicznych z zachodniej czêœci Karpat fliszowych pod k¹tem Fig. 5. Rekord polowy 111 porównanie filtrów prêdkoœci Fig. 5. Field record 111 velocity filters comparison

8 174 K. Pietsch & A. Urban Fig. 6. Rekord polowy 111 porównanie efektów dzia³ania ró nych iloœci iteracji Fig. 6. Field record 111 comparison of various iteration application effects

9 Przetwarzanie danych sejsmicznych z zachodniej czêœci Karpat fliszowych pod k¹tem Fig. 7. Porównanie rekordu polowego oraz poddanego dzia³aniu funkcji FXCNS Fig. 7. Comparison of field record with the record with FXCNS application

10 Fig. 8. Seismic section brute stack without FXCNS application Fig. 8. Sekcja sejsmiczna wstêpna suma bez u ycia funkcji FXCNS 176 K. Pietsch & A. Urban

11 Fig. 9. Seismic section brute stack with FXCNS application Fig. 9. Sekcja sejsmiczna wstêpna suma z zastosowaniem funkcji FXCNS Przetwarzanie danych sejsmicznych z zachodniej czê ci Karpat fliszowych pod k¹tem

12 178 K. Pietsch & A. Urban Fig. 10. Archiwalny przekrój sejsmiczny K po migracji Fig. 10. Archival seismic section K after migration

13 Przetwarzanie danych sejsmicznych z zachodniej czêœci Karpat fliszowych pod k¹tem Fig. 11. Przekrój sejsmiczny K po migracji FX, z zastosowana funkcj¹ FXCNS Fig. 11. Seismic section K after FX migration with FXCNS module application

14 180 K. Pietsch & A. Urban Przekrój sejsmiczny K przetworzony zgodnie z opracowan¹ sekwencj¹ (Tab. 1) pozwala na bardziej wiarygodn¹ interpretacjê strukturaln¹, dziêki czemu zosta³ wykorzystany do konstrukcji modeli sejsmogeologicznych aproksymuj¹cych budowê górotworu w strefie struktury Stryszawa odwiert Lachowice 7 (Pietsch et al. 2007b). Sejsmiczny obraz górotworu zachodniej czêœci Karpat fliszowych widoczny na profilu K jest typowy dla tej czêœci Karpat (patrz Pietsch et al. 2007a). W zwi¹zku z powy - szym u ycie opracowanej sekwencji przetwarzania do reprocessingu innych profili rejestrowanych w tym obszarze powinno doprowadziæ do podobnej poprawy rozdzielczoœci danych sejsmicznych. Tabela (Table) 1 Sekwencja przetwarzania Processing sequence Lp Procedura Procedure wprowadzenie geometrii do nag³ówków tras geometry application to trace headers kontrola danych + edycja tras data controling + trace editing kompensacja dywergencji sferycznej spherical divergence compensation t³umienie zak³óceñ koherentnych coherent noise suppression t³umienie zak³óceñ przypadkowych random noise suppresion dekonwolucja deconvolution normalizacja amplitud amplitude normalization analiza prêdkoœci (AV) velocity analysis (VA) wyliczenie statyki pierwszego rzêdu first order statics correction calculation analiza prêdkoœci (AV) velocity analysis (AV) 2 iteracje statyki rezydualnej + AV residual statics (2 iterations) + VA Parametry / Uwagi Parameters / Comments pole prêdkoœci na podstawie jednej, wspólnej dla ca³ego tematu, krzywej prêdkoœci velocity field based on the only one, common for the whole survey, velocity curve funkcja FXCNS FXCNS function program ZAP ZAP program predykcyjna, d³ugoœæ operatora 162 ms, krok predykcji 2 ms, 3 bramki predicional, operator lenght 162 ms, pred. lag 2 ms, 3 gates program SCAC SCAC program 3 analizy na profil 3 points of the analysis per profile porównywano metody: tomograficzn¹ EGRM statykê polow¹ comparison of statics calculation methods: tomographic with EGRM 3 analizy w tych samych miejscach, co w kroku 6 3 points of the analysis in the same positions with the 8 th step program REFLECTION MISER, po 2 iteracjach, 6 analiz AV na profil REFLECTION MISER program, after 2 iterations, 6 point VA analysis per profile

15 Przetwarzanie danych sejsmicznych z zachodniej czêœci Karpat fliszowych pod k¹tem Tabela (Table) 1 cd. Lp Procedura Procedure iteracja statyki rezydualnej + AV residual statics iteration + VA t³umienie zak³óceñ w domenie TAU-PI coherent noise attenuation in TAU-PI domain sk³adanie koherentne coherent stacking wyrównywanie tras trace balancing sk³adanie stacking t³umienie zak³óceñ przypadkowych (RNA) random noise attenuation filtracja FK FK filtering migracja FX FX migration Parametry / Uwagi Parameters / Comments program DIRECT REFLECTION STATICS DIRECT REFLECTION STATICS program okno 300 ms, analiza w zakresie +/ 10 ms na CMP 300 ms window, analysis within +/ 10 ms range per CMP w 6 bramkach, max przesuniêcie 6 ms in 6 gates, max deviation 6 ms program TRACE BALANCE dla danych bez zachowanych relacji amplitud TRACE BALANCE program for data without amplitude relations preserved d³ugoœæ okna = 300 ms, szer. 30, szerokoœæ operatora 7, aplikowane 50% t³umienie window lenght 300 ms, width 30, operator width 7, 50% attenuation applied t³umienie zak³óceñ o prêdkoœci pozornej poni ej 2500 m/s attenuation of noise with apparent velocity below 2500 m/s 90 proc pola prêdkoœci, zakres czêstotliwoœci do 75 Hz 90% of stacking velocity field, frequency range up to 75 Hz Praca zosta³a wykonana w czasie realizacji projektu badawczego nr 4 T12 B Ministerstwa Nauki i Informatyzacji pt. Nowe aspekty interpretacji wyników pomiarów geofizycznych dla weryfikacji mo liwoœci poszukiwania wêglowodorów w Karpatach Zachodnich. LITERATURA Hilderbrand S.T., Two representations of the fan filter. Geophysics, 47, Pietsch K., Golonka J., Marzec P., 2007a. Stosunek pod³o a do fliszu Karpat Zewnêtrznych pomiêdzy Wadowicami a Babi¹ Gór¹ w œwietle refleksyjnych badañ sejsmicznych. Kwartalnik AGH Geologia, 33, 4/1, Pietsch K., Kobylarski M., Urban A., 2007b. Modelowania sejsmiczne narzêdzie wspomagaj¹ce strukturaln¹ interpretacjê danych sejsmicznych z rejonu Karpat Zewnêtrznych pomiêdzy Babi¹ Gór¹ a Wadowicami. Kwartalnik AGH Geologia, 33, 4/1, Seeman B. & Horowicz L Vertical seismic profiling: Separation of upgoing and downgoing acoustic waves in a stratified medium. Geophysics, 48, HELP systemu Omega.

16 182 K. Pietsch & A. Urban ytko K., Zaj¹c R., Gucik S., Ry³ko W., Oszczypko N,. Garlicka I., Nemèok J, Eliáš M., Menèik E. & Stránik Z., Map of the tectonic elements of the Western Outer Carpatians and their foreland. In: Geological Atlas of the Western Outer Carpatians and their Foreland (eds. Poprawa D. & Nemèok J.). Pañstwowy Instytut Geologiczny, Warszawa / GUDS Bratislava / Uug Praha. Summary To effectively use seismic reflection surveys for identification of the structure of the western part of the Outer Carpathians it is necessary to improve survey resolution. This enables to reliably correlate seismic boundaries of high dips, characteristic for a flysch formation, as well as reconstruction of complex tectonic structure of platform Paleozoic-Precambrian formations. This paper presents operation and results of application of the FXCNS procedure at an early stage of reprocessing. This procedure operates in the Omega system and its task is coherent noise suppression. Application of the procedure is presented with an example of the seismic line K (Geofizyka Kraków Sp. z o.o.), which is tied to two deep boreholes Œlemieñ 1 and Lachowice 7, reaching the Precambrian. Analysis of field records registered on this line shows the presence of strong coherent noises related to the surface wave (Fig. 1). In order to get the best results of the FXCNS module operation a series of tests of the most important parameters of this procedure was performed. The following were tested subsequently: the frequency filter range, within which noise is estimated and removed (Figs 2 4); the velocity range (Fig. 5) and the number of iterations (Fig. 6). Comparison of records before and after application of the FXCNS procedure with the selected parameters (Fig. 7) shows effectiveness of this procedure. Application of the FXCNS procedure at an early stage of processing (Table 1) improved estimation of a wavelet during deconvolution (increasing of vertical resolution) and mutual coherence of records, (Figs 8, 9) as well as distinctly improved horizontal resolution, which is shown by comparison of sections poststack time migration without application of the FXCNS module (Fig. 10 archive section) and after its application (Fig. 11). The seismic image of the orogenic belt of the western part of the Flysch Carpathians visible on the line is typical for this part of Carpathians (see Pietsch et al. 2007a). In this connection, application of the developed processing sequence for reprocessing of other lines registered in this area should lead to similar improvement of seismic data resolution.