地球物理資料數(shù)字處理(第三十講)

1、地震資料特殊解釋第一節(jié) 亮點(diǎn)資料的處理 （Processing of bright spot）本節(jié)要點(diǎn)：l 引起地震反射波振幅變換的主要因素；l 亮點(diǎn)資料的處理。一引起地震反射波振幅變化的主要因素( The dominant factors for causing change to seismic reflect wave amplitude)影響地震波的因素十分復(fù)雜，除地層反射界面的因素及含油氣情況，還有其它一些因素。這些因素包括地震波的的激發(fā)條件和接受條件，波前擴(kuò)散，吸收，散射，中間界面透射損失，微屈多次反射，反射系數(shù)隨入射角的變化，界面的聚焦或發(fā)散作用，巖性變化。波的干涉及各種噪聲干擾

2、等。1） 地震波的激發(fā)條件和接收條件(The shooting and receiving conditions) 在地震勘探的實(shí)際工作中，特別是在陸地上，由于地震地質(zhì)條件的變化使地震波的激發(fā)條件和接受條件經(jīng)常發(fā)生變化，因此而影響地震反射波的振幅發(fā)生變化。與地震波的激發(fā)條件和接收條件有關(guān)的因素有：（1） 震源的強(qiáng)度及耦合情況；（2） 檢波器的靈敏度及耦合情況；（3） 震源或檢波器組合的方向特性；（4） 記錄儀器的增益，濾波特性及耦合情況；（5） 地表附近的衰減和散射等。上述這些因素，對(duì)于一張記錄或一道記錄來(lái)說(shuō)，其影響可認(rèn)為是相同的。這些的因素對(duì)地震反射波振幅總的影響可用一個(gè)常數(shù)因子來(lái)表示。2）

3、 波前擴(kuò)散 (The wave front spread) 當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诘叵陆橘|(zhì)中傳播時(shí)，由于波前面隨著傳播距離的增大不斷的擴(kuò)張。而每次由震源激發(fā)所產(chǎn)生的總彈性能量是一定的。這個(gè)總彈性能量分布在波前面上（波前面附近），由于波前面的不斷擴(kuò)張，使波前面上的單位面積的能量密度不斷減小，因而使地震波的振幅隨著傳播距離的不斷增大而不斷減小。這種想象叫做波前擴(kuò)散。 下面，分別對(duì)均勻介質(zhì)，層狀介質(zhì)和連續(xù)介質(zhì)討論波前擴(kuò)散的規(guī)律。圖8-6均勻介質(zhì)中的波前擴(kuò)散 （1） 均勻介質(zhì)中的波前擴(kuò)散 當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诘叵戮鶆蚪橘|(zhì)中傳播時(shí)，波前面是一個(gè)以震源為中心的球面，它隨著傳播距離的增大，而波前球面不斷的擴(kuò)張，由震源發(fā)出的總彈性

4、能量逐漸分散在一個(gè)表面積不斷擴(kuò)大的球面上，單位面積上的能量密度逐漸減小，因而，使地震波的振幅不斷減弱。如圖8-6所示，從震源發(fā)出的地震波在任意時(shí)刻時(shí)的波前面的能量密度為： （8-1-7）其中，為總彈性能量，為波的傳播距離，為波的傳播時(shí)間，為波的傳播速度。 取離開(kāi)震源單位距離（r=1米）處的波前面的上的能量密度。 （8-1-8）為標(biāo)準(zhǔn)。從（8-1-7）和（8-1-8）式得到 由于地震波的振幅和能量密度的平方跟成正比，因而得到在任意時(shí)刻時(shí)候的地震波振幅與離開(kāi)震源單位距離處的振幅之比 （8-1-9）這就是在均勻介質(zhì)中波前擴(kuò)散所引起的的地震波振幅衰減的因子，簡(jiǎn)稱為波前擴(kuò)散因子。 （8-1-10）（2）

5、層狀介質(zhì)中的波前擴(kuò)散 當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ谒綄訝罱橘|(zhì)中傳播時(shí)，其波前不在是一個(gè)球面。因而，在層狀介質(zhì)中，由波前發(fā)散所引起的反射波振幅的衰減規(guī)律與均勻介質(zhì)中的衰減規(guī)律不相同。 由于推導(dǎo)比較復(fù)雜，這里只給出波前擴(kuò)散因子的公式。 (8-1-11) 其其中，為第層的厚度，為第層的速度，為地震波在第層的雙層旅行時(shí)間。對(duì)于層狀均勻介質(zhì)其均方根速度為 則 （8-1-12） （3）連續(xù)介質(zhì)中的波前擴(kuò)散 如果地下介質(zhì)為連續(xù)介質(zhì)，即地震波的速度隨深度的連續(xù)變化，此時(shí)波前發(fā)散情況更為復(fù)雜。只有首先確定地震波的速度模型，然后才能計(jì)算波前擴(kuò)散因子?？紤]地震波為連續(xù)介質(zhì)時(shí)候比較簡(jiǎn)單的情況，設(shè)地震波的速度為 在一定的條件下可以導(dǎo)出

6、波前擴(kuò)散因子 （8-1-13）一般K1，所以可得 （8-1-14）3）吸收 （Absorb） 當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诘叵聨r層介質(zhì)中傳播時(shí)，由于實(shí)際的巖層是非完全彈性的，這時(shí)，除了上述的由于波前擴(kuò)散所引起的地震波振幅衰減外，由于巖層的非完全彈性使地震波的彈性能不可逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化為熱能而發(fā)生消耗，因而使地震波的振幅產(chǎn)生衰減，這種由介質(zhì)的非完全彈性而引起的地震波振幅的衰減現(xiàn)象稱為吸收。（1） 均勻介質(zhì)的吸收 根據(jù)彈性粘滯理論可知，由均勻的非彈性介質(zhì)所產(chǎn)生的吸收作用，將使地震波的振幅隨著傳播距離的增大呈指數(shù)衰減。 （8-1-15） 其中，為震源發(fā)出的地震波的初始振幅，為地震波傳播離開(kāi)震源距離處的振幅，為介質(zhì)的吸收系數(shù)

7、。因而，得到由巖層的吸收作用所引起的地震波振幅的衰減因子，簡(jiǎn)稱吸收因子為 或 （8-1-16）為介質(zhì)的衰減系數(shù)，為地震波在介質(zhì)中的傳播速度。吸收系數(shù)與介質(zhì)的性質(zhì)及波的頻率有關(guān)，按照彈性粘滯理論吸收系數(shù)隨頻率的一次方根成正比，即 ，則（8-1-42）式和（8-1-43）式變成 （8-1-17） (8-1-18) 其中，為一個(gè)僅與介質(zhì)的非彈性有關(guān)的系數(shù)，為地震波的頻率，。顯然，地震波的高頻成分衰減的要比低頻成分快。（2） 層狀介質(zhì)的吸收當(dāng)?shù)貙訛?層層狀均勻介質(zhì)時(shí)，如圖8-8所示，容易得到層狀介質(zhì)的吸收因子。令 則上式可寫(xiě)成 （3） 連續(xù)介質(zhì)的吸收?qǐng)D8-7均勻介質(zhì)對(duì)不同頻率地震波吸收振幅衰減曲線圖8

8、-8層狀介質(zhì)的吸收若地層為連續(xù)介質(zhì)，該速度為，吸收系數(shù)為且令則，吸收因子D為令 （4） 中間界面的透射損失 當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^(guò)地下巖層界面時(shí)，一部分發(fā)生反射，另外一部分發(fā)生透射，根據(jù)能量守恒定律，入射的總能量應(yīng)等于反射能量和透射能量之和，這樣透射能量和入射能量相比就減小了，這種現(xiàn)象叫做透射損失。假定一個(gè)平面波垂直入射到地下n層層狀介質(zhì)（圖8-9），其中，任意第層的波阻抗為，該層的反射系數(shù)為，當(dāng)?shù)卣鸩ㄗ陨隙氯肷涞降趯拥牡酌鏁r(shí)，根據(jù)（8-8-1）和（8-1-2）式反射系數(shù)和透射系數(shù)分別為： （8-1-19） =1- （8-1-20）而當(dāng)波從第n層的底面反射回來(lái)，自下而上入射到第層的底面時(shí)，其反射系數(shù)和

9、透射系數(shù)分別為： （8-1-21）和 =1-=1+ （8-1-22）圖8-10 透射損失和界面數(shù)量之間的關(guān)系圖8-11 地震波振幅與雙程旅行時(shí)的關(guān)系曲線因此，當(dāng)?shù)卣鸩ㄍ祪纱瓮高^(guò)同一中間界面時(shí)，地震波的振幅將發(fā)生衰減。由中間界面透射損失所引起的地震波振幅衰減因子為 （8-1-23）當(dāng)?shù)卣鸩◤牡孛娓浇恼鹪聪蛳聜鞑ピ诮缑鍾上反射回到地面上的檢波點(diǎn)往返透過(guò)中間界面，時(shí)，其振幅衰減因子為： （8-1-24）5）微屈多次反射 當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^(guò)若干個(gè)薄層時(shí)，由上面的界面反射下來(lái)的波又被下面的界面再次反射上去（或者相反），這種地震波在各薄層界面之間重復(fù)反射多次（圖8-12）的現(xiàn)象，稱為微屈多次反射。 多次反射

10、透過(guò)的能量是與一次反射透過(guò)的能量迭加在一起的，其結(jié)果使透過(guò)薄層的地震波的振幅發(fā)生變化。這種微屈多次反射對(duì)地震波振幅的影響的性質(zhì)和大小與薄層界面的反射系數(shù)，薄層的厚度和速度以及多次反射的次數(shù)有關(guān)。根據(jù)薄層結(jié)構(gòu)不同，可利用各薄層的反射系數(shù)計(jì)算出各多次反射波的振幅。在考慮到各薄層的厚度和速度所形成的時(shí)間延遲進(jìn)行迭加，即可具體的計(jì)算出透過(guò)薄層的地震波的振幅。 6）入射角的變化 前面在討論地震反射波的振幅時(shí)，是假定平面波垂直入射到反射界面上得到的。當(dāng)平面縱波非垂直入射時(shí)，反射系數(shù)將隨著入射角的變化而變化。 根據(jù)彈性理論得到平面波傾斜入射時(shí)的反射系數(shù)與入射角的關(guān)系。 圖8-13a為泊松比=0.25，即地震

11、波由波疏的介質(zhì)入射到波密介質(zhì)的情況。在這種情況下，當(dāng)入射角從零（垂直入射）增大時(shí)，反射系數(shù)開(kāi)始略微減小，此后隨著入射角的增大而增大，當(dāng)入射角接近臨界 角時(shí)，反射系數(shù)急劇增大，接近于1即“全反射”。然后，隨著入射角的增大，反射系數(shù)的減小，以后當(dāng)入射角繼續(xù)增加時(shí)，反射系數(shù)又重新增大，直至入射角接近90時(shí)，反射系數(shù)又接近于1。 圖8-13b為泊松比為0.25， 即地震波由由波密的介質(zhì)入射到波疏介質(zhì)的情況。在這種情況下，當(dāng)入射角從零（垂直入射）增大時(shí)，反射系數(shù)的絕對(duì)值開(kāi)始減小，達(dá)到某個(gè)極小值，然后，隨著入射角的增加，反射系數(shù)的絕對(duì)值又迅速增大，直至入射角接近90時(shí)，反射系數(shù)又接近1。 圖8-13 平面

12、波傾斜入射時(shí)的反射系數(shù)與入射角之間的關(guān)系 在實(shí)際的工作中，當(dāng)反射界面接近水平時(shí)，入射角主要由排列長(zhǎng)度和界面埋藏深度而定。當(dāng)排列長(zhǎng)度和界面埋藏深度之比大于1即入射角接近30時(shí)，反射系數(shù)相對(duì)于垂直入射的化可達(dá)到0.05以上（）或01.以上（當(dāng)）。當(dāng)排列長(zhǎng)度與界面埋藏深度之比接近0.5即入射角接近14時(shí)，反射系數(shù)的變化可達(dá)到0.02（當(dāng)）或0.05（當(dāng)）?？梢?jiàn)當(dāng)排列長(zhǎng)度較大時(shí)，由于入射的變化給反射波振幅所帶來(lái)的影響是不能忽略的。當(dāng)然上面列舉的僅僅是影響地震波振幅的主要因素。實(shí)際上影響地震波的因素十分復(fù)雜的，我們不能一一列舉，在研究亮點(diǎn)形成的機(jī)理時(shí)，只能考慮最主要的因素。二亮點(diǎn)資料的處理（Proces

13、sing of bright spot）上面討論了亮點(diǎn)的形成機(jī)理和影響地震波振幅的因素。如何獲得亮點(diǎn)剖面呢？顯然，要使地震波振幅反映油氣信息就必然首先要消除非油氣因素對(duì)地震波振幅的影響，使地震剖面反映地下的油氣信息，即“亮點(diǎn)”信息。實(shí)際上，在處理亮點(diǎn)資料時(shí)我們希望地震波振幅的強(qiáng)弱反映地層反射系數(shù)的大小，當(dāng)反射系數(shù)較大時(shí)振幅較強(qiáng)，并要求橫向上反射波的振幅保持不變，這樣的剖面稱為相對(duì)振幅保持振幅剖面。顯然如果橫向上出現(xiàn)振幅異常（例如強(qiáng)振幅，亮點(diǎn)，弱振幅暗點(diǎn)）都可能是油氣顯示的信息。相對(duì)保持振幅的處理流程：1 真振幅恢復(fù)主要消除，野外記錄增益，波前擴(kuò)散，吸收對(duì)地震波振幅的影響，同時(shí)做歸一化處理進(jìn)行激

14、發(fā)，接受條件的一致性處理。其中，為時(shí)窗寬度，為任意時(shí)刻的振幅，為歸一化后的振幅。2 反褶積迭前反褶積，主要目的是消除多次波，微屈多次反射。此時(shí)預(yù)測(cè)步長(zhǎng)應(yīng)為多次波的時(shí)間周期。3 動(dòng)校正動(dòng)校正應(yīng)采用高保真動(dòng)校正，保證動(dòng)校正后地震波振幅的保真性。此時(shí)應(yīng)盡量提高速度分析的精度，并應(yīng)考慮地層橫向變化時(shí)加密速度譜。4 水平迭加水平迭加應(yīng)盡量保持相對(duì)振幅不變，對(duì)長(zhǎng)排列遠(yuǎn)道，考慮入射角對(duì)振幅的影響，應(yīng)盡量切除。5 反褶積迭后反褶積主要目的是提高剖面的分辨率。6 偏移處理偏移處理的目的是使反射波空間歸位，繞射波收斂，干涉分解。偏移處理時(shí)為保持地震波的動(dòng)力學(xué)特征，應(yīng)采用用波動(dòng)方程偏移。7 寬帶濾波主要消除反褶積后

15、產(chǎn)生的噪聲，提高信噪比。第二節(jié) 波阻抗反演技術(shù)(Impedance inversion technology）本節(jié)要點(diǎn)：l 反射系數(shù)的計(jì)算；l 波阻抗計(jì)算；l 速度的求取。 波阻抗反演技術(shù)是建立地震記錄與測(cè)井曲線相互轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上，沿地震測(cè)線將地震記錄轉(zhuǎn)換成波阻抗，獲得波阻抗剖面進(jìn)而還可以獲得速度剖面。因而波阻抗反演技術(shù)也稱為偽速度測(cè)井技術(shù)。利用波阻抗剖面或速度剖面可以進(jìn)行巖石性質(zhì)，巖相變化，孔隙流體等方面的研究。下面介紹波阻抗反演的基本原理。一、 反射系數(shù)的計(jì)算波阻抗反演的關(guān)鍵是求取地層的反射系數(shù)。反射系數(shù)的求取方法很多，這里介紹一種地層反褶積方法。所謂地層反褶積，首先利用測(cè)井資料和井旁地震記

16、錄求取子波，然后將所求子波求逆獲得反子波。利用反子波與地震記錄褶積求取反射系數(shù)。設(shè)由測(cè)井資料求取的反射系數(shù)（t）,井旁地震記錄x(t),地震子波b(t), 反子波a(t),顯然， b(t)= x(t)*（t） (8-2-1)其中，（t）為反射系數(shù)的逆。實(shí)際上求取反射系數(shù)逆道（t）非常困難，一般用最小平方反褶積代替，則 （8-2-2）為使所求子波穩(wěn)定且收斂速度快，需加入白噪，則 （8-2-3）為使矩陣有更好的穩(wěn)定解，也可以用雙邊褶積。 （8-2-4）解之，可以獲得反子波 ()則各道的反射系數(shù)可由下式計(jì)算 （8-2-5） 二、 波阻抗計(jì)算由波阻抗的定義知，它是密度與速度的乘積，當(dāng)?shù)卣鸩ù怪比肷涞絻?/p>

17、個(gè)介質(zhì)的分界面上時(shí)，則反射系數(shù)為 （8-2-6） （8-2-7）當(dāng)反射界面為n層水平層狀介質(zhì)時(shí)，則任意界面i的反射系數(shù)為 = (8-2-8)對(duì)于第n層的波阻抗為 = (8-2-9)三、 速度的求取對(duì)于（8-2-9）式，若忽略密度的影響，則可以獲得第n層的速度 =*e （8-2-10） 實(shí)際上，利用（8-2-10）式求出的層速度，由于地震記錄本身缺乏010Hz左右的低頻分量，因此中所包含的010Hz左右的低頻分量是不可靠的，一般用低截止濾波器濾除，這時(shí)所獲得的速度稱為相對(duì)速度。我們可以對(duì)測(cè)井資料獲取的速度進(jìn)行高截止濾波獲得可靠的010Hz左右的低頻分量，則我們可以將相對(duì)速度與低頻速度相加獲得絕對(duì)

18、速度，則 （8-2-11）實(shí)際上，絕對(duì)速度仍與實(shí)際的地層速度有一定的差別，若想獲得地層速度還需要利用井資料進(jìn)行標(biāo)定。在生產(chǎn)和實(shí)踐中，人們多使用相對(duì)速度剖面，相對(duì)速度反映的是地層速度的相對(duì)變化，且精度較高。而絕對(duì)速度的低頻分量多是由井資料提供，對(duì)于井旁或地層橫向變化較小時(shí)效果較好，而遠(yuǎn)離井時(shí)或地層橫向有較大變化時(shí)效果則不理想。相對(duì)速度不需井控制，且有較高的精度，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到更廣泛的應(yīng)用。 第三節(jié) “三瞬”信息的提取本節(jié)要點(diǎn)：l 復(fù)地震道處理技術(shù)原理；l “三瞬”信息；l Hilbert變換的實(shí)質(zhì)。 “三瞬”信息是指地震記錄的瞬時(shí)振幅，瞬時(shí)相位，瞬時(shí)頻率信息。“三瞬”信息提取技術(shù)也稱為復(fù)地震道技術(shù)，是以西爾伯特變換為基礎(chǔ)的一種處理技術(shù)，通過(guò)研究地震記錄的“三瞬”信息對(duì)于識(shí)別巖性和油氣是十分有益的。一 復(fù)地震記錄道處理技術(shù)原理 設(shè)地震記錄為連續(xù)信號(hào)，其頻譜為則 分析式中，第一項(xiàng)，則式可寫(xiě)成 = 上式說(shuō)明，一個(gè)實(shí)地震記錄可以表示為一個(gè)復(fù)信號(hào)的實(shí)部。設(shè)此復(fù)信號(hào)為，如圖所示，其頻譜為，顯然有 若將復(fù)信號(hào)看成是實(shí)信號(hào)經(jīng)濾波后的結(jié)果，則有 圖 復(fù)地震記錄上式表明，復(fù)信號(hào)是由