地震資料解釋基礎(chǔ)地層巖性解釋薄層振幅

1、地球物理與信息工程學(xué)院物探系周 輝第三章 地震資料的地層巖性解釋31 地震資料的地層巖性解釋概述32 地震波速度資料的地層巖性解釋33 厚層反射波振幅信息的利用34 薄層反射振幅的利用35 地震波波形和頻譜的利用36 地震屬性分析技術(shù)37 地震模型技術(shù)38 人機(jī)聯(lián)作解釋技術(shù)39 地球物理資料的統(tǒng)計(jì)分析和綜合解釋3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.1、薄層的定義、研究意義和方法（1）薄層的定義薄層是指某種巖性沉積厚度較小，在地震圖件上無法區(qū)分沉積地層的頂?shù)追瓷湫畔r(shí)所對應(yīng)的地層厚度。這種意義下的薄層不僅要考慮地層本身絕對厚度的大小，還要考慮波長或頻率 f 與波速 v 的大小。一般把地層厚度h

2、的稱為厚層，把h的稱為薄層。零相位子波頂面反射 底面反射 頂?shù)酌娣瓷漤數(shù)酌娣瓷涞寞B加3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.1、薄層的定義、研究意義和方法（1）薄層的定義 隨著地震勘探技術(shù)的發(fā)展，薄層厚度的定義也不斷變化。 1973年，Widess 用楔形模型理論地震響應(yīng)研究薄層反射與h 的關(guān)系，將 h/ 8 定義為薄層，但沒有說明調(diào)諧厚度。 1975-1977年，Lindsey等先后引入了調(diào)諧厚度的概念，并提出了估算薄層厚度的方法，定義 h /4 為薄層。 1982年，Kallweit 利用可控震源的地震信息研究薄層響應(yīng)的頻譜后，提出地震分辨率的實(shí)際極限可用地震波的雙程旅行時(shí)表示為t= 1/

3、(1.4 fu)，fu 為子波譜的上限頻率。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.1、薄層的定義、研究意義和方法（1）薄層的定義 薄層厚度的分辨率極限 hmin 與主頻 f、視波長 及子波視周期 T 間的關(guān)系為 hmin=/4=v/(4f) =vT/4=v tmin /2, tmin= T/23.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.1、薄層的定義、研究意義和方法（2）研究薄層的意義 在沉積巖地區(qū)，地層剖面大多呈薄互層組合。剖面對比過程中，對薄層的對比主要采用“波組”、“波系”的對比方法。相對厚地層而言，波組、波系是地震波在某一套薄互層之間相互干涉疊加的總體結(jié)果，而不是特定的某一單個(gè)薄層的反射

4、。 地層的厚度在橫向上變化，地震響應(yīng)也會有所變化，關(guān)鍵是掌握變化的特點(diǎn)和規(guī)律。即在勘探與薄層砂體有關(guān)的油氣藏時(shí)，如何識別和解釋是最重要的。作為用地震資料解釋地層巖性的一項(xiàng)重要內(nèi)容，薄層反射的研究得到了廣泛的重視。 研究薄層是地震勘探深入發(fā)展的需要，是地層巖性解釋的重要內(nèi)容。了解并掌握薄層的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)特征，有利于實(shí)際資料的地層巖性解釋。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.1、薄層的定義、研究意義和方法（3）研究薄層的方法 研究薄層反射特點(diǎn)的方法可以用求解波動方程的動力學(xué)方法?？紤]到地震勘探的實(shí)際情況并為使討論的問題簡單明了，通常采用簡便而實(shí)用的方法，即從波動的疊加和干涉原理出發(fā)，通過分析

5、薄層頂?shù)捉缑娴姆瓷洳ǒB加后的特點(diǎn)來說明薄層的存在對反射波的影響。它并不是真正討論波動問題的動力學(xué)方法，但是利用這種方法討論仍能得出關(guān)于薄層反射波的一些主要?jiǎng)恿W(xué)特點(diǎn)（如振幅、頻譜、波形特征等）的結(jié)論，并可以由此總結(jié)出一些反演問題的實(shí)用原則和方法，所以該方法被廣泛采用。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征 為得出薄層反射的振幅、頻率特性與薄層參數(shù)（如薄層厚度 h，波速 v 等）以及地震子波的特征參數(shù)主頻 f0 的關(guān)系，設(shè)置一個(gè)薄層模型進(jìn)行定量討論。薄層模型和P波入射時(shí)的各層反射、透射波3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征入射簡諧波P1R1界

6、面的反射波P11R1界面的透射波P12hP12入射到R2界面上產(chǎn)生反射波P122和透射波P123可以比較R2界面上P12與P122的相位得到，因?yàn)樵赗2界面上，兩者的相位應(yīng)當(dāng)相等, 得P122入射到R1界面上產(chǎn)生透過波P12213.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征 根據(jù)動力學(xué)理論中垂直入射、反射情況下入射波、反射波和透射波之間的振幅關(guān)系，有hR+T=11221122112212123212111122121112132212122PPPPPPPPPPAAAAAzzzzzzAAAAAzz zz zz zz1 2322121324z zzzzzzzzz3.4 薄層反射波

7、振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征不考慮多次波，介質(zhì) I 中接收到的反射波 是P1和P1221之和h利用 和 ，則22h v其振幅譜和相位譜為3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征 在討論厚層垂直入射、反射時(shí)，其反射系數(shù)只與界面兩側(cè)介質(zhì)的波阻抗差有關(guān)，而與入射波的頻率無關(guān)。然而，當(dāng)波垂直入射到薄層界面時(shí)，在介質(zhì) I 中接收到的反射波的振幅與相位都是頻率的函數(shù)。反射系數(shù)與界面兩側(cè)介質(zhì)的波阻抗和入射波的頻率都有關(guān)。薄層可視為一個(gè)濾波器。薄層的頻率濾波特性與薄層的厚度和速度有關(guān)，也與薄層及其上下地層的波阻抗有關(guān)。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的

8、類型和主要特征 利用上述關(guān)系可以計(jì)算各類薄層的濾波特性。從地質(zhì)特點(diǎn)分析，薄層的類型可分為韻律性薄層、遞變性薄層以及多個(gè)韻律性薄層的組合（即薄互層）三大類。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征韻律性薄層薄層阻抗高于或低于上下介質(zhì)的阻抗的薄層(Z2Z3，或 Z1Z3。遞變性薄層薄層阻抗介于上下介質(zhì)的阻抗之間的薄層(0) ，Z1Z2Z3，或 Z1Z2 0時(shí)， Q(f)=|1+ |。2414220.5hfffvvTv| |=|=3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征（1）韻律薄層特征/2050100150200250300350400450500-

9、1.5-1-0.500.511.5-/20=-0.96相位超前相位滯后 當(dāng)f0.5時(shí)，波形的相位具有超前特性。25Hz=0.02f=0.5時(shí)，相位為零，反射波 t0 值不偏移。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征（1）韻律薄層特征3) 頻率特性相當(dāng)于一個(gè)帶通濾波器。該濾波器的主頻f0隨h而變化。 愈小，f0 愈高，其相互關(guān)系為 =-0.962f0= 3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征（1）韻律薄層特征 4) 薄層的頻率特性Q(f)f 具有周期性，以 f=1為周期。02f= N2當(dāng) f=N 時(shí)，輸出極小；當(dāng) f=N+1/2 時(shí)，輸出極大。

10、| |=|=3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征（1）韻律薄層特征韻律薄層反射疊加的結(jié)果是對低頻及高頻成分有壓制作用，接收到的薄層反射波的中頻成分得到相對加強(qiáng)。05010015020025030035040045050000.511.5= =0.0.02s02s= =0.0.04s04s| |=|=3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征（1）韻律薄層特征設(shè)Vl=V3=2000m/s，V2=3000m/s, 密度相同，當(dāng) 0.0133s0.0267s 時(shí)，相當(dāng)?shù)谋雍穸葹?20mh0(1) 當(dāng)薄層厚度 h=/4 (f=0.5) 時(shí)，反射波振幅

11、為極小，Q(f) 有極小值。03.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征（2）遞變薄層特征0 相位有突變，反射波極性發(fā)生轉(zhuǎn)換。反轉(zhuǎn)點(diǎn)位置與有關(guān)。0100200300400500600700-1.5-1-0.500.511.5/2-/2=1=2.5/2-/2111cos 20,arccos2ff 反轉(zhuǎn)點(diǎn)位置(=1)：3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征（2）遞變薄層特征0(2)當(dāng)薄層厚度h0=1/2-/2=2.53.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.2、薄層的類型和主要特征（2）遞變薄層特征 (3)在0f=2T（約等于子波的延續(xù)時(shí)間），地層的頂

12、底反射可以分開，但極性相反。屬于厚層反射的范疇。(2) 當(dāng)?shù)貙雍穸戎鸩綔p小時(shí)，兩個(gè)反射波開始重疊形成一個(gè)復(fù)合波。每個(gè)反射獨(dú)立的信息越來越少，頂、底反射波合成的信息越來越多。當(dāng)層厚為/4時(shí)，合成振幅達(dá)到最大，此時(shí)的地層厚度就是所謂的調(diào)諧厚度。 要使薄層頂?shù)追瓷洳ǖ暮铣烧穹_(dá)到最大，應(yīng)有2b/(vT)=/2的關(guān)系，由此可得到薄層厚度b=/4 。222 sinsindtbRATvT 2sin1bvT3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度（1）振幅與地層厚度的關(guān)系(3）當(dāng)?shù)貙雍穸刃∮?8時(shí)，只存在頂、底反射波的合成信息，而沒有單獨(dú)特點(diǎn)的信息。周期變短，振幅減小，b 減小減

13、小層層厚厚| |線線的的長長度度等等于于雙雙程程旅旅行行時(shí)時(shí)222 sinsindtbRATvT 2sinbvT3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度 （1）振幅與地層厚度的關(guān)系 上述三點(diǎn)中除調(diào)諧厚度外，其余均為Widess研究得到的。“調(diào)諧厚度”的概念是奈德爾等人在1975年提出的。奈德爾注意到當(dāng)?shù)貙雍穸鹊扔?4時(shí)，振幅出現(xiàn)最大；小于/4時(shí)，復(fù)合波形的形狀沒有變化，而振幅隨厚度的減薄繼續(xù)變小。也就是說，當(dāng)?shù)貙雍穸刃∮?4以后，在合成振幅信息中依然包含著地層厚度的信息。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度（2）估算薄層厚度1)均勻地

14、層中夾有一個(gè)尖滅薄砂層的地質(zhì)模型振幅與時(shí)差關(guān)系調(diào)諧厚度調(diào)諧厚度頂面、 底面反射3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度（2）估算薄層厚度1)均勻地層中夾有一個(gè)尖滅薄砂層的地質(zhì)模型當(dāng)?shù)貙雍穸却笥谡{(diào)諧厚度時(shí)，視時(shí)差（最大波峰與最大波谷之間的時(shí)差）隨地層厚度的增加呈線性變化，此時(shí)視時(shí)差可以代替真時(shí)差（薄層頂?shù)追瓷洳ǖ碾p程旅行時(shí)差），相對振幅（最大波峰與最大波谷的幅度差）逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)定值；振幅與時(shí)差關(guān)系調(diào)諧厚度振幅趨于穩(wěn)定時(shí)差趨于線性變化3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度（2）估算薄層厚度1)均勻地層中夾有一個(gè)尖滅薄砂層的地質(zhì)模型當(dāng)?shù)貙雍?/p>

15、度小于調(diào)諧厚度時(shí)，視時(shí)差基本為一常數(shù)，而相對振幅則隨地層厚度的變薄近似呈線性方式減小；當(dāng)?shù)貙雍穸鹊扔谡{(diào)諧厚度時(shí)，相對振幅達(dá)到最大，且該點(diǎn)的視時(shí)差厚度與地層的真實(shí)厚度相同。振幅與時(shí)差關(guān)系調(diào)諧厚度振幅趨于穩(wěn)定時(shí)差趨于線性變化3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度（2）估算薄層厚度2)薄層頂?shù)追瓷湎禂?shù)符號相反、數(shù)值不等的地質(zhì)模型與前例模型的時(shí)間-振幅曲線對照來看，頂?shù)追瓷湎禂?shù)比值改變的主要影響是使相對振幅值減小，但相對振幅曲線的形態(tài)不變。因此，也可以得出反射系數(shù)符號相反，數(shù)值相等時(shí)的結(jié)論。振幅與時(shí)差關(guān)系3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度

16、（2）估算薄層厚度3)薄層頂?shù)追瓷湎禂?shù)符號相同的地質(zhì)模型 頂?shù)變蓚€(gè)反射波波峰之間的時(shí)差變化規(guī)律與反射系數(shù)異號模型一樣；振幅的變化是從層厚較大時(shí)對應(yīng)的單個(gè)子波的振幅值先減小到極小（此時(shí)對應(yīng)于調(diào)諧厚度，可從兩個(gè)同極性子波相差半周期的合成波形看出），然后又逐漸增大，并在零厚度時(shí)達(dá)到某個(gè)最大值。振幅3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度（2）估算薄層厚度需明確：子波的旁瓣對時(shí)間-振幅曲線有一定影 響 。 圖 a 是 主 頻 為35Hz的雷克子波，旁瓣很小，相對振幅-地層厚度曲線比較平滑；圖b和c是不同通頻帶的零相位帶通子波所得到的相對振幅-地層厚度曲線，該曲線具有“振蕩”

17、現(xiàn)象；圖d是從實(shí)際資料中提取的子波所得到的相對振幅-地層厚度曲線，該曲線也有“振蕩”現(xiàn)象。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度（3）定量解釋主要步驟 模型計(jì)算及其討論所得到的認(rèn)識和結(jié)論提供了直接根據(jù)地震振幅估算薄層厚度的途徑，但其估算精度與許多因素有關(guān)。長期的生產(chǎn)實(shí)踐積累了一定的工作經(jīng)驗(yàn)：1)利用已知的地質(zhì)、鉆井、測井資料，選用合適的零相位子波，制作高精度的合成地震記錄，定性地確認(rèn)地震剖面上用于定量解釋的目標(biāo)薄層的地震響應(yīng)。這是薄層厚度定量估算的基礎(chǔ)工作。2)進(jìn)行一些必要的處理，使薄層反射在地震剖面上有較好的顯示，如提高信噪比和分辨率及子波整形處理等。這是薄層厚

18、度定量估算不可缺少且非常重要的工作。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度（3）定量解釋主要步驟 子波處理：野外實(shí)際激發(fā)的子波一般為非零相位子波，而零相位子波因其旁瓣小、分辨率高，對薄層的解釋和顯示比較有利。同時(shí)，實(shí)際地質(zhì)剖面中的薄層不一定正好等于地震波波長的1/4，在地震剖面上薄層反射振幅就不會太強(qiáng)。通過子波處理，有意識地改變子波的主頻，就有可能使某種子波的波長的1/4與層厚匹配，從而得到明顯的調(diào)諧振幅。 因此，子波處理有兩個(gè)目的：一是使薄層反射易于識別；二是借助于調(diào)整子波主頻的過程，幫助確立與薄層的調(diào)諧厚度對應(yīng)的值，進(jìn)一步估算薄層的實(shí)際厚度。3.4 薄層反射波

19、振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度（3）定量解釋主要步驟3)利用選好的子波以及地質(zhì)、鉆井、測井資料中估算的薄層頂?shù)椎姆瓷湎禂?shù)，制作薄層模型的合成地震剖面，再制作本工區(qū)的時(shí)間-振幅解釋圖板。圖板中振幅值的比例尺，應(yīng)當(dāng)考慮用井旁地震道的實(shí)際振幅值與合成地震剖面上對應(yīng)道的振幅值的比值作為標(biāo)定因子，對圖板上的振幅值進(jìn)行標(biāo)定。這樣進(jìn)行的振幅-層厚度的定量解釋才有較高的精度。4)從實(shí)際地震剖面上檢測出要解釋的薄層反射的時(shí)差值和相對振幅值，利用時(shí)間-振幅解釋圖板換算出薄層厚度。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.3、利用反射振幅估算薄層厚度（3）定量解釋主要步驟利用薄層反射振幅定量解釋流

20、程圖#3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.4、薄互層反射波的振幅特性 實(shí)際的沉積巖盆地中，其巖性剖面上大多數(shù)是以薄層組合的形式出現(xiàn)的，因此進(jìn)一步研究薄互層反射波的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。（1）等厚薄互層的反射特征層厚以雙程時(shí)間t表示，砂巖速度3200m/s，泥巖速度2800m/s，采用零相位子波，子波周期16ms3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.4、薄互層反射波的振幅特性（1）等厚薄互層的反射特征 同一地質(zhì)模型表現(xiàn)出的反射波特征為波形相似、振幅相近的重復(fù)振動（時(shí)間方向比較）；不同單層厚度的模型之間，其反射特征差別較大（橫向比較）；隨著組內(nèi)單層厚度的增加，合成記錄的波形逐

21、漸接近子波波形。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.4、薄互層反射波的振幅特性（1）等厚薄互層的反射特征 通過研究，薄互層反射特征大致可歸納為三種情況： 1)較均勻介質(zhì)中的薄互層可以產(chǎn)生具有一定能量、近似于厚層反射波（稱為單波）波形的復(fù)合反射波，單層厚度的時(shí)間不可分辨，而相對振幅可分辨。msms3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.4、薄互層反射波的振幅特性2)較均勻介質(zhì)中單層厚度很薄，物性差異較小，組厚度較薄的互層組可產(chǎn)生不等周期，不等振幅、逐漸衰減的復(fù)合連續(xù)振動。組厚度的時(shí)間不可分辨，振幅能量可分辨。（1）等厚薄互層的反射特征0.6 MHz123456789材料Vp(m/s)Vs(m

22、/s)Den(g/cc)硬鋁634031302.77環(huán)氧樹脂260012051.183.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.4、薄互層反射波的振幅特性（1）等厚薄互層的反射特征3)單層厚度很薄，層數(shù)很多，物性差異很大的薄層組產(chǎn)生波形穩(wěn)定、振幅能量強(qiáng)，近似于單波的復(fù)波，單層厚度不易分辨。透射波3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.4、薄互層反射波的振幅特性（1）等厚薄互層的反射特征 概括上述三種情況可知：薄互層的單層厚度不可分辨或不易分辨，但相對振幅或振幅能量是可分辨的。也就是說，通過相對振幅及振幅能量的分析，是能夠識別出薄層并進(jìn)行解釋。3.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.4、薄互層反射波的振幅特性（1）等厚薄互層的反射特征 圖為薄互層內(nèi)反射振幅與t/T的關(guān)系，反映互層內(nèi)反射波的復(fù)合振幅隨互層組內(nèi)單層厚度的 變 化 而 變 化 的 規(guī) 律 。 當(dāng)t/T=O.25時(shí)，互層組的復(fù)合振幅值較小；當(dāng)t/T=O.5時(shí)，互層組的復(fù)合振幅值最大，此時(shí)相當(dāng)于調(diào)諧厚度所對應(yīng)的調(diào)諧振幅；當(dāng)t/T0.5時(shí)，互層組的復(fù)合振幅值又隨t/T的增大而減小，在最大振幅值的0.25附近變化。薄層厚度（以雙程垂直旅行時(shí)t表示）子波周期T=16ms第一負(fù)相位振幅值0.250.500.751.000.00歸一化反射振幅03.4 薄層反射波振幅信息的利用3.4.4、薄互層反射波的振幅特性（