Разработка фундаментальных основ инновационных сейсмических методов на основе полномасштабного численного моделирования и решения обратной динамической задачи сейсмики в условиях сложного строения верхней части разреза районов Крайнего Севера России, включая развитый ледовый покров транзитных зон и шельфа Северных морей

Разработаны: численный метод и научно-исследовательский вариант программного обеспечения для моделирования сейсмических волн в средах с рельефом свободной поверхности; синтетические цифровые сейсмогеологические модели, объединяющие основные особенности строения севера Восточной Сибири. Проведено трёхмерное численное моделирование сейсмических волновыхполей в них. Предложена модификация предобуславливателя, используемого для моделирования волновых полей в частотной области. Показано, что использование двумерной вмещающей среды вместо одномерной ведёт к существенному ускорению сходимости итерационного процесса. Проведён сравнительный анализ чувствительности целевых функционалов, основанных на использованиисреднеквадратичного уклонения и метрики Вассерштайна. Показано, что при решении задач небольшой размерности методом Нелдера - Мида использование метрики Вассерштайна обеспечивает более быструю сходимость к точному решению. Исследована структура градиента, использующего метрику Вассерштайна. Показана её повышенная чувствительность к вариациям макроскоростной составляющей.Проведён SVD-анализ обратной задачи в линейном приближении. Для валидации полученных результатов выполнена представительная серия численных экспериментов по двухэтапному методу обращения полного волнового поля – от верхних слоёв к глубинным горизонтам. Предложена и реализована двухэтапная методика для обеспечения корректной реконструкции скоростного строения среды в условиях сложного строения верхней части разреза. На первом этапе выполняется построение верхней части разреза на основе стандартной методики на основе последовательного выполнения NMO, оценки скоростей по годографам ОГТ и их поправок по Диксу. Полученные скорости используются при трассировке лучей для оценки оптимальных выносов источник-приёмник, а также в качестве начального приближения для томографического обращения времён первых вступлений волн для определённых выносов. Заключительный шаг первого этапа – построение скоростной модели верхней части разреза путём обращения полного поля для дальних выносов источник-приёмник. Второй этап состоит в обращении полного волнового поля с фиксированным строением верхней части разреза. На этом этапе стараемся свести к минимуму влияние верхней части разреза путём использования небольших выносов источник-приёмник, что позволяет существенно повысить вклад отражённых волн в процесс обращения. Сама процедура отыскания полной скоростной модели по отражённым волнам опирается на декомпозицию пространства искомых скоростей на два подпространства – плавно меняющихся макроскоростных моделей и резко изменчивых в пространстве рефлекторов. Модификация штрафной функции позволяет заметно повысить её чувствительность к вариациям макроскоростной модели. Таким образом, если на первом этапе нужно использовать достаточно большие выносы источник-приёмник, то на втором этапе эти выносы должны быть существенно уменьшены. Конкретные величины получаются после выполнения SVD-анализа на каждом из этапов. Апробация разработанных алгоритмов и соответствующего программного обеспечения выполнена не на синтетических данных SEG, а на тех цифровых сейсмогеологических моделях, которые построены в 2019 г. совместно с коллегами из ООО «РН КрасноярскНИПИнефть» для типичных геологических объектов севера Восточной Сибири. Рассчитанные для них синтетические площадные многокомпонентные данные использовались в качестве входной информации для решения обратной динамической задачи. В частности, на этих данных опробован двухэтапный метод обращения полного волнового поля, при котором производится последовательное восстановление скоростного строения, начиная с самых верхних слоёв. Полученные результаты вполне соответствуют ожидаемым. Обработка реальных данных проводилась совместно со специалистами компании Petrotrace (Москва, Россия), предоставившими нам предобработанные полевые данные и участвовавшими в оценке результатов обращения полного волнового поля в сравнении с результатами стандартной обработки.