Thực đơn
Địa chấn phản xạ
Các xử lý đơn kênh và đa kênh được thực hiện xen nhau trong quá trình chung. Việc lựa chọn trình tự và công đoạn tùy thuộc vào kiến thức và kinh nghiệm của người thực hiện.
Tín hiệu sóng suy giảm nhanh theo độ dài đường truyền, nên giá trị hàm s(x,y,t) ở các vùng gần và xa nguồn có thể chênh lệch hàng ngàn lần. Các biến đổi Fourier hay xử lý đa kênh khi thực hiện cộng trừ các giá trị đó với nhau sẽ gây sai lệch. Để thông tin thể hiện bình đẳng nhau thì cần cân bằng cường độ tín hiệu.
Hiệu chỉnh này nên thực hiện sau khi đã làm trơn và khử phông tần thấp bằng Dewow cho đường ghi, nhằm loại trừ nhiễu và sốc ở khuếch đại nếu có.
Vì nhiều lý do trời đất và lỗi thi công mà vị trí và tình trạng các điểm phát và thu sóng không đồng nhất, dẫn đến sai lệch thời gian truyền sóng. Hiệu chỉnh tĩnh (Static Correction) chỉnh các tình trạng trên. Nó có bản chất là sửa lại mốc t=0 của từng đường ghi.
Các phần mềm hiện đại có thêm quy trình chuyên sâu hơn, thực hiện nhận dạng các phản xạ đánh dấu trong kết quả CMP Stack tiên nghiệm, và tính tương quan với số liệu ban đầu để xác định lượng hiệu chỉnh, sau đó xử lý lại. Quy trình này cần đến máy tính đủ mạnh.
Phân tích tốc độ trong địa chấn nông bằng V-Anal. Interactive MenuPhân tích tốc độ truyền sóng (Velocity Analysis) nhằm xác định các cột tốc độ, từ đó lập ra Cơ sở dữ liệu (CSDL) 2D/3D tốc độ để nội/ngoại suy tốc độ trung bình Vmean dùng cho hiệu chỉnh NMO và cho tính chuyển kết quả CDP Stack sang độ sâu (time-depth). Kết quả tốc độ cần có kiểm chứng bằng tài liệu của địa chấn mặt cắt thẳng đứng (Vertical Seismic Profiling, VSP), tài liệu khoan và bằng kinh nghiệm phân tích.
Trong menu tương tác, chọn tập con đường ghi theo CSP (hoặc CMP), chỉnh cột mô hình tốc độ lớp, sao cho có ranh giới và biểu đồ sóng tính ra tương ứng phải trùng vào trục đồng pha của các “phản xạ thật” trên băng. Xem Phép phân tích cổ điển.
Hỗ trợ cho phân tích là Submenu tạo ra băng ghi quét tốc độ, chọn trong hai cách Semblance hay UnnormCorr. Đó là biến đổi Radon cho hàm s(x,t) với đường tích phân hyperbol có tham số V cách đều và hạn chế trong dải 300–5000 m/s đối với sóng dọc, rồi biểu diễn trong hệ (V,τ). Các trục hyperbol đồng pha nổi lên thành điểm cực trị cường độ, có thể bấm chọn để ấn định ranh giới trong cột tốc độ, chú ý tránh cực trị của Multiple. Sử dụng hỗ trợ này khi chưa có mẫu cột tốc độ; khi đã có thì tìm cách copy rồi chỉnh lại.(Phần mềm như Sandmeier Reflexw lưu trữ cột tốc độ cho từng SP ở Text file riêng, có thể chép file số 1 từ tuyến lân cận sang thư mục của tuyến cần phân tích)
Các thăm dò sâu có số đường ghi CSP/CMP gather lớn, nên quét tốc độ cho ra biểu diễn Semblance mịn, cho phép ước lượng tốc độ tự động (Automatic velocity estimate using semblance) [21].
Hiệu chỉnh NMO thực hiện tính chuyển đường ghi về offset 0 theo công thức hyperbol, với tốc độ được suy theo cách nào đó từ CSDL tốc độ. Nếu xác định tốc độ sai, hoặc thiếu điểm phân tích tại đoạn có ranh giới không bình ổn, thì NMO sẽ không chính xác. Lỗi này thể hiện trên băng CMP:
Nội dung như trên cho thấy Phân tích tốc độ truyền sóng có vai trò quyết định đến thành công của xử lý tài liệu. Trong thăm dò sâu như thăm dò dầu khí sử dụng tần số thấp cỡ 10–30 Hz, các bất đồng nhất bề mặt ảnh hưởng đến phân tích tốc độ không nhiều. Trong thăm dò nông sử dụng tần số cao hơn, thì bất đồng nhất bề mặt ảnh hưởng rất mạnh.
Xử lý đơn kênh phát triển có sự tương tác với lý thuyết Xử lý tín hiệu số khác, đặc biệt là loại có dạng xung phản xạ như radar, sonar,... Mục tiêu của xử lý là rút ngắn xung wavelet về dạng ngắn nhất có thể, và lọc bỏ nhiễu.
Trong lý thuyết truyền thống, tín hiệu s(t) là quá trình liên tục, thường được xử lý trong miền tần số thông qua Biến đổi Fourier liên tục, S(ω), trong đó ω là tần số. Bộ lọc có đặc tuyến lọc F(ω) nào đó được áp dụng để tách tín hiệu khỏi nhiễu, cho ra phổ tín hiệu ra Y(ω) = F(ω)S(ω). Bộ lọc thường được thực thi bằng mạch điện tử với các mắt lọc cắt tần cao (thông thấp) và cắt tần thấp (thông cao), đặc trưng bởi giới hạn tần và độ dốc của sườn đường abs[F(ω)] tại đó, thường có hai mức Hi/Low. Các biến đổi Fourier ngược của F(ω) và Y(ω) cho ra quan hệ tín hiệu ra y(t) = s(t) ¤ f(t); trong kỹ thuật điện tử thì thường xét tác động lọc tới tín hiệu vào có dạng nhảy bậc 1(t), và gọi là quá trình quá độ.
Số hóa rời rạc tín hiệu dẫn đến khái niệm gọi nó là chuỗi thời gian (Time series), hữu hạn, có bước số hóa (bước rời rạc) đều và đơn nhất cho một CSDL. Phép tính phổ tổng quát dẫn đến phép biến đổi Laplace, và một biểu diễn mới là biến đổi Z (Z-transform), làm nền tảng cho xử lý số các chuỗi thời gian. Nó dẫn đến biến đổi Z của một chuỗi thời gian có dạng đa thức của toán tử trễ, và trong địa chấn thì dùng số mũ dương [22]:
S ( z ) = Z { s [ i ] } = ∑ i = 0 N s [ i ] z i {\displaystyle S(z)={\mathcal {Z}}\{s[i]\}=\sum _{i=0}^{N}s[i]z^{i}}Khi đó kết quả của một phép lọc là tích của đa thức tín hiệu với đặc trưng cho bộ lọc Y(z) = F(z)S(z).
Trong xử lý số, các phép lọc trong miền tần số vẫn được chỉ định bằng các tần số/độ dốc tại giới hạn, nhưng có thể phần mềm thực thi theo cách nào đó, chẳng hạn tính ra chuỗi F(z) và thực hiện tích chặp. Lưu ý rằng xử lý số tác động như nhau với t và (-t), ví dụ với cùng một bộ lọc, xung nhảy bậc 1(t) lọc bằng phần cứng (bộ lọc của máy) cho ra xung chỉ ở t≥0, còn lọc số cho ra cả xung về quá khứ.
Phép lọc ngược (Deconvolution) [23] được Norbert Wiener và Norman Levinson đưa ra năm 1950, xác định wavelet và thực hiện lọc ngược Y(ω) = S(ω)/W(ω) để hoàn nguyên dãy xung sự kiện E(t). Tuy nhiên do băng tần và quan sát hữu hạn và có nhiễu, nên việc lọc về xung Dirac δ là bất khả thi. Các nghiên cứu wavelet dẫn đến khái niệm gọi là kiểu pha của w(t). Đối với chuỗi W(z) triển khai sang dạng tích ∏(ri - z), trong đó ri là nghiệm của phương trình W(z)=0, và (ri - z) gọi là Couplet, kiểu pha thể hiện ở các giá trị ri này (theo biểu diễn địa vật lý trong biến đổi Z). Các dạng pha wavelet có:
Triển khai ∏(ri - z) cho thấy chỉ cần một Couplet có modul(ri)≤1 thì đã là max-phase.
Việc giải toán tử lọc W(z)−1 có thể hội tụ với zero- và min-, nhưng không hội tụ với mix- và max-phase. Trong thực tế dạng wavelet phổ biến lại là maximum phase. Để giải quyết sự không hội tụ thì một lượng nhiễu trắng cỡ 0,5 đến 10% được cộng vào phép giải, và chấp nhận chỉ có thể rút gọn wavelet về ngắn nhất có thể. Trường hợp tốt nhất là đưa được wavelet về dạng Ricker.
Phép lọc Dự báo (Predictive Deconvolution) là thuật toán được Rudolf E. Kálmán đưa ra năm 1960 [24] và gọi là bộ lọc Kalman. Thuật toán này đưa ra mô hình cho rằng giá trị tương lai của một Time Series chứa hai phần: phần dự báo được (predictable) và phần không thể. Phần dự báo được có thể tính từ các trị trước tương lai, thông qua việc giải phương trình tính ra toán tử lọc. Ví dụ vui kinh điển là dự báo giá vàng ở thị trường New York, và kết quả khá sát.
Trong địa chấn ứng dụng đơn giản nhất là bộ lọc khử nhiễu ngẫu nhiên cho đường ghi, số liệu ra là lai ghép theo hệ số ghép α nào đó: trị lọc = α x[trị quan sát] + (1- α) x[trị dự báo].
Trong địa chấn vùng nước nông, lọc dự báo được ứng dụng để khử sóng lặp của lớp nước, trong đó thực hiện loại trừ khỏi số liệu phần xung dự báo được.[25] Thuật lọc này sử dụng nhận dạng đa kênh, nên có sự sai khác với lọc dự báo thuần túy.
Lọc ngược tương tự cao nhất (Maximum Likelyhood Deconvolution, MLD) [26] là phép lọc do Mendel J.M. đưa ra năm 1983, thực hiện lặp (iteration) phép ước lượng wavelet và dãy xung phản xạ, đến khi có được đường ghi tổng hợp gần với đường ghi thực tế nhất. Tuy nhiên ít thấy ứng dụng vào các phần mềm xử lý hiện đại.
Biến đổi F-K là biến đổi Fourier hai chiều (2D Fourier transform) thực hiện cho hàm tín hiệu từ miền (x,t) sang miền (k,f), trong đó f - tần số, k - số sóng (Wavenumber), với k = 2π/λ trong đó λ là bước sóng.Trong miền (k,f) các sóng cùng tần số nhưng khác nhau về tốc độ biểu kiến sẽ hiện ra ở vùng khác nhau. Áp dụng bộ lọc triệt giảm vùng của nhiễu rồi thực hiện biến đổi F-K ngược để thu về kết quả.[27][28]
Biến đổi Radon (Radon transform) là phép biến đổi toán học dạng tích phân hàm số do Johann Radon đưa ra năm 1917.[29] Nó được vận dụng vào xử lý địa chấn với đường tích phân có dạng parabol, hyperbol (như trong quét tốc độ), và đường thẳng (như trong biến đổi Tau-p).
Biến đổi Tau-p còn gọi là Slant Stack, do Tatham R., Keney J. và Noponen I. đưa ra năm 1982 [30], áp dụng cho CSP, CMP gather hay từng đoạn CMP Stack. Nó là trường hợp vận dụng biến đổi Radon, trong đó phép tích phân hàm tín hiệu s(x,t) lấy theo đường thẳng t = px + τ, với p gọi là độ chậm (Slowness), và biểu diễn tại điểm (p,τ). Độ chậm là p = 1/Va, với Va là tốc độ biểu kiến.
Trong thực tế thường tính từ p=0 (tức Va=∞) đến pmax (hoặc ±pmax) nào đó, có thể là 1/1450 s/m (tốc độ sóng trong nước). Các trục đồng pha thẳng sẽ hiện thành điểm, còn hyperbolic hiện thành ellip trong hệ (p,τ).
Sau đó áp dụng bộ lọc tốc độ. Nó gồm vùng thông qua, thường là vùng p nhỏ, và vùng triệt (cắt) ở p lớn. Giữa hai vùng trên là vùng ráp nối, để hệ số lọc chuyển dần từ 1 tới 0. Biến đổi Tau-p ngược sẽ cho lại băng ghi đã lọc bớt các sóng có tốc độ biểu kiến thuộc vùng triệt, thường ứng với sóng lặp (Multiples) hay nhiễu thường trực khác.
Biến đổi Tau-p không động chạm đến đặc trưng pha.
CDP Stack là công đoạn quan trọng nhưng đơn giản, thực hiện cộng các đường ghi về một đường ghi tổng cho điểm thu. Nó được thực hiện sau khi các xử lý đơn/đa kênh đã cho kết quả vừa ý. Phần mềm có thể nội suy ra các đường ghi sau CDP Stack theo giãn cách đều.
Các dạng Stack khác và Migration là chủ đề hàn lâm cao, được đề cập ở trang riêng.
Kết quả CDP cuối cùng có thể được tính chuyển từ trục thời gian sang độ sâu (time-depth), để thuận tiện trong biểu diễn, so sánh với kết quả của các phương pháp khác đặc biệt là địa tầng khoan. Trong chuyển đổi này tốc độ trung bình Vmean cho vị trí tại đường ghi được nội/ngoại suy từ CSDL tốc độ, và chuyển đổi.
Nếu cột tốc độ có biến thiên lớn, kết quả CDP có thể có vẻ ngoài khác thường, không thuận tiện cho xác định ranh giới địa chấn bán tự động trên băng số.
Thực đơn
Địa chấn phản xạLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Địa chấn phản xạ