بخشی از مقاله
چكيده
گسلها از جمله مهمترين رخدادهاي ساختماني ميباشند كه نمايهسازي آنها اطلاعات ارزشمندي را در خصوص ويژگيهاي ايستا و پوياي مخازن هيدروكربني و چگونگي جريان سيالات موجود در آنها به همراه دارد. روشهاي متعددي براي شناسايي گسلها و شكستگيها به عنوان يكي از مهمترين مراحل تفسير دادههاي لرزهاي در فازهاي اكتشاف و توليد، وجود دارد.الگوريتم رديابي مورچه، روشي ابتكاري در شناسايي هندسه گسلها است كه با پيروي از اصل هوش گروهي، همه ناپيوستگيهاي فضايي مرتبط با سطوح گسلش را با سطح بالايي از جزئيات استخراج ميكند. در اين مطالعه با بررسي تأثير عملكرد فيلتر استريونت بر الگوريتم رديابي مورچه، نتايج مكعب احتمال گسل حاصل از شبكه عصبي مصنوعي و مكعب رديابي مورچه با يكديگر مقايسه شده است. نتايج نشان ميدهد كه الگوريتم پيشنهادي ضمن عدم تأثيرپذيري از پردازش-ماندهاي موجود در داده لرزهاي، توانسته سطوح گسلخورده را با وضوح نسبتا بالايي رديابي نمايد.
١ مقدمه
با توجه به تأثير حضور شبكه شكافها بر تراوايي مخازن هيدروكربني و قابليت توليد آنها، تعيين خصوصيات گسلها و شكستگي هابا استفاده ازدادههاي لرزهاي، نقش مهمي را در مطالعات مخزن ايفا ميكند. در سالهاي اخير مطالعه نشانگرهاي لرزهاي جهت تجزيه و تحليل ناپيوستگيهاي مرتبط با ساختارهاي زمينشناسي، توسعه يافته است. آكراوي و بو - ٢٠١١ - ، از فيلتر سوبل اصلاح شده مبنيبر مكعب هدايت شيب به منظور بهبود نتايج استخراج قطعات گسل موجود در داده لرزهاي استفاده نمودند. جيبرين و همكاران - ٢٠١٣ - ، تركيبي از نشانگرهاي لرزهاي حجمي را به منظور شناسايي ناپيوستگيهاي تأثير فيلتر استريونت برالگوريتم رديابي مورچه جهت شناسايي گسلها موجود در داده لرزهاي برداشت شده از دلتاي نيجر مورد استفاده قرار دادند. ونگ و الرجيب - ٢٠١٤ - ، از تبديل هاف سه بعدي جهت بهبود نتايج تفسير خودكار گسلهاي موجود در حجم لرزهاي مورد مطالعه استفاده نمودند. ژنگ و همكاران - ٢٠١٧ - ، با مطالعه نشانگرهاي چندگانه و تركيب نشانگرهاي لرزهاي مختلف بر مبناي شبكه عصبي تحت نظارت، گسلهاي موجود در داده لرزهاي برداشت شده از ميدان استراتون واقع در جنوب تگزاس را به تصوير كشيدند. شناسايي يك رخداد زمينشناسي خاص با تركيب نتايج حاصل از محاسبات مربوط به جهتيافتگي ساختارها و نيز محاسبات مربوط به نشانگرهاي لرزهاي ميسر ميگردد. با اين وجود، ناپيوستگيهاي نامطلوب همچون پديدههاي جعلي برداشت باعث پيچيدگي محاسبات مربوط به نشانگرها و در نهايت سردرگمي مفسر ميشوند - مارفورت و آلوز، ٢٠١٤ - . هر نشانگر بر اساس الگوريتمهاي محاسباتي مربوط به خود، مقدار متفاوتي از جزئيات پديدههاي مورد مطالعه و نيز پديدههاي جعلي را به تصوير ميكشد. حساسيت به نوفهها و پردازشماندهاي موجود در داده لرزهاي از مشكلات رايج در تفسير گسلها و شكستگيها است كه با هموارسازي داده لرزهاي و استفاده از نشانگرهاي لرزهاي با الگوريتم محاسباتي مناسب ميتوان اين مشكل را به حداقل رساند. در اين مطالعه از الگوريتم رديابي مورچه به منظور استخراج سطوح گسلش با كمترين تأثيرپذيري از پردازشماندهاي موجود در داده لرزهاي استفاده شده است.
٢ الگوريتم رديابي مورچه
الگوريتم رديابي مورچه، يك الگوريتم تكاملي شبيهسازي شده مبنيبر رفتار كلوني مورچگان است كه همه ناپيوستگيهاي محتمل به گسل موجود در يك حجم لرزهاي را با دقت نسبتا بالايي استخراج ميكند. اين الگوريتم، دنبالهاي از الگوريتم مورچه ارائه شده توسط دوريگو و همكاران - ١٩٩٦ - است كه با پيروي از اصل هوش گروهي، راه حل بهينه را براي حل مسائل تركيبي انتخاب ميكند. بر اساس اين الگوريتم، تعدادي زيادي از مورچههاي الكترونيكي بطور تصادفي در حجم لرزهاي توزيع ميگردند؛ به طوريكه به هريك از آنها اجازه داده ميشود در امتداد سطوحي كه به نظر ميرسد گسل باشند، با آزاد كردن فرومون الكترونيكي حركت كنند - لطفي و كشاورز فرجخواه، ١٣٩٦ - .زمانيكه مورچهها با شرايط از پيش تعريفشده براي گسلها مواجه شوند با ارسال يك سيگنال، ديگر مورچهها را به رديابي مسير انتخابي فرا ميخوانند. اگر مورچهها به ناحيهاي برسند كه با شرايط و ويژگيهاي گسل همخواني نداشته باشد، حركتشان متوقف خواهد شد. لازم به ذكر است كه در الگوريتم رديابي مورچه پديدههاي غير ساختاري مانند نوفهها و كانالهاي مرزي كه داراي بافتهاي آشفته اند، كمتر رديابي ميشوند - هنيف و همكاران، ٢٠١٤ - به كمك ابزار ترسيمي استريونت، ميتوان آزيموت و شيب مورچههاي ردياب را محدود كرد. اين ابزار به عنوان يك فيلتر جهتيابي به مورچهها كمك ميكند تا بتوانند براي پيدا كردن ناپيوستگيها در مناسبترين جهت حركت كنند و يا جهتهاي خاصي را از نتايج رديابي حذف نمايند. به كمك اين ويژگي مفسر به راحتي ميتواند دو يا چند سيستم گسلي متفاوت را از هم تشخيص دهد و يا نوفههاي اثرانگشتي موجود در دادهي لرزهاي را از خروجي رديابي حذف نمايد - لطفي، ١٣٩٥ - . كنترل عوامل رديابي توأم با اعمال فيلتر استريونت باعث شده تا الگوريتم رديابي مورچه بر مبناي پيگيري سطوح ناپيوستگي موجود در داده لرزهاي عمل كند و نسبت به بستگي ساختماني تأثيرپذيري كمتري داشته باشد.
٣ روش تحقيق
براي بررسي عملكرد الگوريتم رديابي مورچه در تضعيف نوفههاي اثرانگشتي از نتايج رديابي، از يك داده لرزهاي سه بعدي متعلق به بلوك هلندي درياي شمال استفاده شده است. داده لرزهاي توزيعي از زمان و مكان ميباشد به طوري كه بازه زماني ٤ ميليثانيه و بازهي مكاني ٢٥ متر - به صورت خطوط چشمه و خطوط گيرنده - است. براي كاهش زمان مورد نياز براي اعمال الگوريتم حجم كوچكي از دادهي لرزهاي دربردارندهي رخدادهاي تكتونيكي با محدودهي خطوط چشمه٨٠٠- ١٢٠٠ و محدودهي خطوط گيرنده١٠٠- ٤٠٠ و محدودهي زماني٤٠٠-١٢٠٠ ميلي ثانيه، انتخاب شده است.به طور كلي روند استخراج سطوح گسلخورده در الگوريتم رديابي مورچه به صورت زير است
١. پيشپردازش داده لرزهاي، ٢. ايجاد مكعب شناسايي لبه،
٣. استخراج سطوح گسلخورده با محاسبه مكعب رديابي مورچه.
پيشپردازش داده لرزهاي با هموارسازي رخدادهاي لرزهاي منجر به كاهش نوفه تصادفي موجود در داده لرزهاي، بهبود پيوستگي بازتابندهها و لبهها ميگردد. فرايند پيشپردازش با طراحي فيلتر بهبود گسل مبني بر تلفيق فيلترهاي ميانه و پخش صورت ميگيرد. در شكل ١ يك مقايسه نسبي بين داده لرزهاي اوليه و داده لرزهاي پيشپردازش شده صورت گرفته است.در ادامه مجموعهاي از نشانگرهاي لرزهاي كارآمد در شناسايي گسلها از جمله انرژي، انحنا، تجزيه طيفي، شباهت، فركانس، واريانس و ... به عنوان ورودي شبكه عصبي تهيه ميگردد. در شكل ٢، برخي از نشانگرهاي لرزهاي ورودي شبكه عصبي در برش طولي ٢٥٠ قابل مشاهده است.سپس با ايجاد ارتباط غير خطي بين نشانگرهاي لرزهاي مختلف كارآمد در شناسايي گسلها و مجموعه نقاط مشخصه نواحي محتمل به گسل و نواحي غير محتمل به گسل بر مبناي شبكه عصبي مصنوعي تحت نظارت، مكعب احتمال گسل ايجاد ميشود. در مرحله پاياني مكعب رديابي مورچه حاصل از يك مكعب بهبود لبه مانند مكعب نشاگر واريانس محاسبه ميگردد. لازم به ذكر است كه بر اساس مدل ساختماني منطقه، پارامترهاي مربوط به نحوه استقرار و جهتگيري مورچههاي ردياب تنظيم ميگردد. در شكل ٣، يك مقايسه نسبي بين مكعب احتمال گسل حاصل از شبكه عصبي مصنوعي مستخرج از نرمافزار اپنديتكت و مكعب رديابي مورچهبه دست آمده از نرمافزار پترل در برش طولي ٢٥٠و برش زماني ٥٥٠ ميليثانيه صورت گرفته است.
شكل ١. برش طولي ٢٥٠ از - الف - داده لرزهاي اوليه، - ب - دادهي لرزهاي پيشپردازش شده. برخي از پردازشماندها و رخدادهاي غير ساختماني با پيكانهاي قرمز نشان داده شده است. پيكانهاي مشكي نشاندهنده رخداد گسلي مورد مطالعه ميباشند.
شكل ٢. برش طولي٢٥٠ از - الف - مكعب نشانگر ريشه ميانگين مربعات دامنه، - ب - مكعب نشانگر واريانس، - ج - مكعب نشانگر انحناي بيشينه مثبت، - د - مكعب نشانگر شباهت. پيكانها نشاندهنده رخداد گسلي مورد مطالعه ميباشند.
با مقايسه شكلهاي ١- الف، ٣-الف، ٣-ب، ٣-ج و ٣-د مشاهده ميشود كه مكعب احتمال گسل تا حدودي از پردازشماندهاي موجود در داده لرزهاي و همچنين رخدادهاي غير ساختماني مانند لايهبنديهاي سيگموئيدي موجود در داده لرزهاي تأثير پذيرفته است؛ در حاليكه الگوريتم رديابي مورچه توانسته با كمترين تأثيرپذيري از سيگنالهاي ناشي از پديدههاي زمين-شناسي نامطلوب، صفحات گسلش را با وضوح نسبتا بالايي استخراج نمايد.
