Глава 7. ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В ГЕОФИЗИКЕ
Е. Робинсон, С. Трейтел
7.1. Введение
В разведочной геофизике решаются две задачи: 1) поиск новых месторождений нефти и минерального сырья и 2) разработка новых методов поиска. Прогресс в решении одной из задач зависит от успехов в решении другой. Обмен идеями и взаимосвязи, необходимые для достижения успеха, зависят от создания и внедрения достаточно гибких и универсальных научных моделей, позволяющих перебросить мост между этими двумя задачами. Геофизики, работающие и в поле, и в управлениях, и в научных лабораториях, имеют общие дели, поэтому каждому из них необходимо иметь широкую научную программу, являющуюся руководством в работе, и в то же время достаточную свободу и возможность развивать свою изобретательность и научное воображение.
Рассмотрим некоторые основные понятия, связанные с построением моделей. Во-первых, модель является представлением чего-то. Как правило, в этом представлении отбрасываются детали, которые в рамках дальнейшего применения модели представляются несущественными. Предполагается, что геофизические модели описывают какие-то важные особенности нашей планеты. Однако преимущество моделей состоит в том, что их проще изменять и изучать и, кроме того, они дают возможность лучше разобраться в строении Земли. Очевидно, что целью построения моделей не может быть точное копирование реальной планеты. В общем модели являются (или должны быть) полезным заменителем того, что ими моделируется.
Если между параметрами Земли и соответствующими параметрами модели существует определенная зависимость, то модель можно использовать для анализа фактических материалов о Земле и для решения геофизических и геологических задач.
Модели можно описывать словами, графически, с помощью математических функций и уравнений или изготавливать в виде физических аналогов. Они также могут быть выполнены в форме программ для вычислительных машин. Одни виды моделей могут
оказаться более удобными, чем другие. Однако большинство моделей можно представить в нескольких формах. Обзор моделей, представляющих интерес для геофизиков, сделан в работе Вуда и Трейтела [1].
В геофизике необходимо иметь несколько вариантов одной и той же модели, различающихся уровнем сложности. Модельный подход является гибким, и поэтому можно построить множество типов моделей. Модели самого высокого уровня, предназначенные как для геологии, так и для геофизики, должны быть связаны между собой. В моделях промежуточного уровня должны быть учтены все важные геофизические параметры с тем, чтобы геофизик имел возможность экспериментировать с моделью и приспосабливать ее к конкретным полевым условиям. На самом нижнем уровне модели должны опираться на прочную математическую и физическую базу, чтобы получаемые выводы имели строгое обоснование.
Создание моделей по существу является систематизированным объединением теоретических и эмпирических сведений в одну общую структуру. Важно различать, с одной стороны, гипотетические предположения, составляющие теоретическую часть модели, и, с другой стороны, эмпирические данные, которые модель должна объяснить. Эмпирические данные используются при построении модели различным образом: на ранних этапах для накопления опыта и наблюдений независимо от того, построена экспериментальная модель или нет, на более поздних этапах для оценки параметров модели по результатам наблюдений и проверки согласия теоретической модели с эмпирическими результатами.
Поисковое направление геофизики представляет собой раздел науки, где выполняются эмпирические исследования. В частности, партию, занимающуюся поисками нефти сейсмическими методами, можно считать научной группой, проводящей экспериментальное исследование структуры осадочных слоев. С другой стороны, исследовательские геофизические работы имеют более теоретический характер. Экспериментальные и теоретические исследования (или поиск и исследования) до некоторой степени независимо вносят вклад в развитие геофизики. В некоторых задачах теоретические исследования оказываются впереди экспериментальных, а в других — наоборот. Иначе говоря, теоретический подход не всегда имеет преимущество перед экспериментальным. Однако, когда нужно сообщить новые результаты исследований или представить обзорный материал в статьях и учебниках, часто бывает целесообразно сначала привести теоретические положения и только потом переходить к экспериментальным данным. Такая последовательность может не отражать порядок событий, особенно в геофизике, где экспериментальное развитие метода сейсморазведки в 20-х годах во многом опередило соответствующие теоретические разработки.
