（地球探测与信息技术专业论文）近地表地震波衰减规律及品质因子提取方法研究.pdfVIP

s t u d yo nn e a r s u r f a c es e i s m i cw a v ea t t e n u a t i o n a n dm e t h o d so fq u a l i t yf a c t o re x t r a c t i o n at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：g o n gt o n g j u s u p e r v i s o r ：p r o f s u nc h e n g y u c o l l e g eo f g e o - r e s o u r c e sa n di n f o r m a t i o n c h i n au n i v e r s i t yo f p e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 5 肌洲0重量8 7，iii1洲y 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得 的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致 谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得 中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：2 , 1 , 1 口年2 歹月77e l 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷 版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩 印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：宣! 篮 指导教师签名：= 季拯 日期：加i 年广月 e 1 e l 期：幽o 年广月扩日 摘要 随着油气勘探的逐渐深入，针对大型构造油气藏的勘探已逐渐减少，取而代之的 是针对复杂度，埋深都比较大的岩性油气藏或是隐蔽油气藏，而这些油气藏的勘探对 地震勘探手段的要求提高，需要更高的资料分辨率。地震波传播是地震勘探中一个重 要的环节，在此过程中，地球介质的粘弹性造成的能量吸收衰减对地震资料分辨率的 影响巨大，有必要对粘弹性介质的吸收衰减开展研究。 近地表对地震波能量的吸收衰减剧烈。激发接收地震波都要受到近地表的影响， 找出并补偿其引起的衰减对深层勘探的成败至关重要。双井微测井和单井微测井信息 可以用来调查近地表的表层吸收衰减结构。深层的吸收衰减可以通过零偏v s p 资料 来确定。 本文从地震波衰减理论出发，探讨了地震波衰减描述参数品质因子的推导和物理 意义；说明了近地表情况下吸收衰减对波形、频谱的巨大改造作用；并且，对近地表 引起的一系列地震勘探问题做了较为详细的阐释：从理论方面简要分析了现存的品质 因子提取方法，指出了各种方法的适应性。 在吸收理论基础上，提出了从双井、单井微测井资料中反演品质因子的方法。另 外对传统的频谱比法进行了改进，能最大限度的利用已有资料，提出了对v s p 资料 进行品质因子反演的工作流程；根据平均速度的定义，提出平均q 值的概念，探讨 从另一个途经进行衰减的求取。 基于理论研究，通过建立不同的模型对文中所采用的方法进行了试验验证，对 v s p 模型，微测井模型的品质因子进行提取，从试验上证实了方法的可行性，为下一 步的实际应用打下了基础。 针对实际工区存在的零偏v s p 资料和微测井资料，利用提出的方法进行了品质因 子的提取，并建立了工区的近地表吸收模型。 最后，给出了基于动力学参数进行能量补偿的试验，从模型试算可以看出，能量 补偿在提高深层资料分辨率方面有着很大的作用，在求得吸收参数的基础上进行能量 补偿很有必要，实际资料显示能够有效拓展带宽提升主频，改善资料品质。 关键词：地震波，吸收衰减，近地表，微测井，能量补偿 s t u d yo nn e a rs u r f a c es e i s m i cw a v ea t t e n u a f i o na n d m e t h o d so f q u a l i t yf a c t o re x t r a c t i o n g o n gt o n g j u ( g e o d e t e c t i o na n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f s u nc h e n g y u a b s t r a c t w i t ht h ea d v a n c e m e n to fo i la n dg a se x p l o r a t i o n ，m o r ea n dm o r er e s e a r c h e sa r e c o n v e r t e dt of o c u so nt h el i t h o l o g i co rs u b t l eh y d r o c a r b o nr e s e r v o i r sw h i c ha r em u c h d e e p e ra n dm o r ec o m p l i c a t e dt h a nt h el a r g e s c a l e ds t r u c t u r a lo n e s c o r r e s p o n d i n g l ya m u c hh i g h e rd e m a n do fs e i s m i cd a t ar e s o l u t i o ni si nn e e di fp r o g r e s sc o n c e r n i n gt h e s e r e s e r v o i r st ob em a d e s e i s m i cw a v ep r o p o g a t i o ni sa ni m p o r t a n ts e c t o ri ne x p l o r a t i o n ，i n w h i c ht h ee a r t h sv i s c o e l a s t i c i t y c a u s e da t t e n u a t i o no fe n e r g yr e n d e r sas i g n i f i c a n te f f e c t o nt h er e s o l u t i o nf o rd e e pt a r g e t sa n di sn e c e s s a r yt od e a lw i t h n e a rs u r f a c es u r v e y sa r eo fg r e a ti m p o r t a n c ef o rn e a rs u r f a c ea f f e c t sb o mt h e d e t o n a t i o na n da c q u i s i t i o n , t h es t u d yo fi t sa t t e n u a t i o na n dc o r r e s p o n g d i n gc o m p e n s a t i o n p l a y sap i v o t a l r o l ei nd e e p - t a r g e t e de x p l o r a t i o n d u a lb o r e h o l em i c r o l o ga n ds i n g l e b o r e h o l em i c r o l o gc a nb eu s e dt oi n v e s t i g a t et h en e a rs u r f a c ea t t e n u a t i o ns t r u c t u r e ；z e r o o f f s e tv s pd a t ac a nb ep r o c e s s e dt og e td e e pl a y e ra t t e n u a t i o n b a s e do nt h em e t h o d o l o g yo fs e i s m i ca b s o r p t i o n ，t h eq u a l i t yf a c t o ri sa b t a i n e da n d c l a r i f i c a t i o no fi t sp h y s i c a lm e a n i n gi sa l s op r e s e n t e d t h eg r e a te f f e c t so fn e a rs u r f a c e p o s e so nw a v e f o r ma n da m p l i t u d ea r eo u t l i n e da n das e r i e so fp r o b l e m sd u et oi t sp r e s e n c e a r ed i s c u s s e di nd e p t h m a n yq u a l i t yf a c t o re x t r a c t i o nm e t h o d sa r e e x p l o r e da n d c o m m e n t e do nb r i e f l y e n l i g h t e n e db yt h em e t h o d o l o g y , an e wa p p r o a c ho fi n v e r t i n gq u a l i t yf a c t o rf r o md u a l b o r e h o l em i c r o l o ga n ds i n g l eb o r e h o l em i c r o l o gd a t ai sb r o u g h ta b o u t f u r t h e rd i s c u s s i o n s o nt r a d i t i o n a ls p e c t r a lr a t i om e t h o da r er e v i e w e dw i t l lm o d i f i c a t i o n st om a x i m i z ei t sd a t a p o t e n t i a l s b ya n a l o g 、航t l la v e r a g ev e l o c i t y , ad e f i n i t i o no fa v e r a g eq u a l i t yf a c t o r i s f o u n d e d ，i nab i dt of i n dad i f f e r e n tp e r s p e c t i v eo fe x t r a c t i o n aw o r k f l o wo fq u a l i t yf a c t o r e x t r a c t i o nf o rz e r oo f f s e tv s pd a t ap r o c e s s i n gi sa l s og i v e n f o l l o w i n gt h e o r yc o m e st om o d e lt e s t r a ym o d e la n dv i s c o a c o u s t i cm o d e l sa r eb u i l t t ot e s tt h ec r e d i b i l i t yo fm e t h o d si nq u a l i t yf a c t o re x t r a c t i o n sb o t hf o rv s pd a t aa n d b o r e h o l em i c r o l o gd a t a t h er e s u l t sa r ea c c e p t a b l ea n dl e a du st ot h ef i e l dd a t ap r o c e s s i n g t h ef i e l dd a t a ，b o t hz e r oo f f s e tv s pa n db o r e h o l em i c r o l o gd a t ai n c l u d e d ，a r e p r o c e s s e dw i t hc o r r e s p o n d i n gm e t h o d s t og e tt h es p e c i f i ca b s o r p t i o nm o d e l h i nt h ee n d ，t h ee n e r g yc o m p e n s a t i o nb a s e do nd y n a m i cp a r a m e t e r si st e s t e d o u to f m o d e lt e s t ，w ec a ns e et h ec o m p e n s a t i o ni sv e r yu s e f u li nd a t ar e s o l u t i o ne n h a n c e m e n t w i t ht h ep a r a m e t e r sd e s c r i p t i v eo ft h ea t t e n u a t i o nk n o w n ，i ti sn e c e s s a r ya n dr e w a r d i n gt o a p p l yc o m p e n s a t i o n t h ef i e l dd a t as e ti m p r o v e sq u a l i t ya f t e rt h ec o m p e n s a t i o n ，f e a t u r i n g a w i d e rb a n d w i d t ha n dah i 曲e rd o r m i n a n tf r e q u e n c y k e yw o r d s ：s e i s m i cw a v e ，a b s o r p t i o na n da t t e n u a t i o n ，n e a rs u r f a c e ，m i c r o l o g ，e n e r g y c o m p e n s a t i o n 目录 第一章前言1 1 1 研究的目的和意义1 1 2 研究现状与发展趋势2 1 3 本文主要研究内容3 第二章近地表吸收特性及品质因子提取方法5 2 1 近地表吸收特性一5 2 2 传统品质因子提取方法1 0 2 2 1 时间域1 0 2 2 1 频率域一1 3 2 3 品质因子提取新方法1 4 2 3 1 提取品质因子方法1 4 2 3 2 微测井资料提取品质因子方法2 3 2 3 3 改进的频谱比方法2 7 2 4 小结。31 第三章反演品质因子方法模型验证3 3 3 1v s p 反演品质因子方法验证3 3 3 1 1 射线模型3 3 3 1 2 粘声波模型3 5 3 2 微测井反演品质因子方法验证3 7 3 3 小结一4 0 第四章工区实际应用效果4 l 4 1 工区简介4 l 4 2 工区一资料处理效果4 1 4 2 1 工区一v s p 资料4 1 4 2 2 工区一微测井资料4 3 4 3 工区二微测井资料处理效果4 9 4 3 1 工区二微测井资料分析4 9 4 3 2 工区：微测井资料反演q 值5 3 l v 4 4 小结6 5 第五章补偿方法及其应用研究6 6 5 1 补偿的方法研究6 6 5 2 模型验证7 3 5 3 实际补偿效果7 6 5 4 小结7 7 第六章研究总结7 9 6 1 完成的主要工作7 9 6 2 取得的主要结论8 1 参考文献8 2 攻读硕士学位期间取得的学术成果8 6 致谢8 7 v 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章前言 。 野外地震勘探中，地震波传播经过的实际介质，通常并非是理想的完全弹性，而 是具有非弹性性质。它和工区实际的地震地质条件有密切的关系。一般对瞬时作用的 地震脉冲震源所激发的地震波而言，大多数岩石，特别是一些致密的岩石，表现为弹 性性质；对泥岩、胶结不好的砂岩则可能表现出较多的非弹性性质。由于非弹性性质 引起的一个主要特征即是地震波能量的衰减。这种能量衰减和地震波传播特性引起的 衰减，如球面扩散、与地震波波长有关的介质非均匀性引起的散射，以及层状结构地 层引起的地震波衰减不同，它是反映介质内在属性的地层本征衰减，是由于介质微观 结构而产生的一种特殊的物理现象。 1 1 研究的目的和意义 地震波在地下介质中传播时，波的能量吸收因素主要来自介质粘弹性引起的吸收 作用。这种介质本身固有的吸收特性通常用吸收参数来描述，如吸收系数、对数衰减 率、品质因子等。它与介质内部的结构特征以及饱和度、孔隙度、渗透率等因素密切 相关。而且，在松散的地层或裂隙发育的地层中，地震波的吸收响应要比地震波速响 应更为敏感。根据地层吸收性质与岩相、孔隙度、含油气成分等的密切关系，可以用 它来预测岩性、砂泥岩分布，在有利条件下还可以直接用来预测石油和天然气的存在。 因此，地震波的吸收特性分析研究，在油气、水资源勘探等工程应用领域，具有十分 重要的意义。 就地下地层而言，通常情况下，地表和近地表地层的弹性性质远远低于岩石圈深 部的地层，对地震波表现出更为强烈的衰减作用。该区域通常地层压实作用弱，风化 剥蚀情况严重，表现出速度低、速度垂向梯度大、横向变化剧烈、品质因子小、品质 因子垂向梯度大等特点。这种特性使得地震波传播旅行时和能量受该层的影响较大， 可以导致在判断波形信息时出现失真甚至错误。一方面，较低的速度值预示着较长的 传播时间，即使有微小的速度差异或厚度变化都有可能导致地震波旅行时大的改变； 另一方面，小的品质因子直接导致了传播到地面的地震波能量的衰减，尤其是对高频 信息的衰减，从而直接导致地震信号分辨率的降低。 随着地震勘探的日益精细，勘探对象的日趋复杂，勘探目标深度的不断增加，高 信噪比、高保真度、高分辨率的资料也就越来越必要，这一任务的主要目的是提高深 层资料的能量。而表层结构的复杂性对此影响极为显著，准确和定性地查明不同地表 第一章前言 类型下的表层结构特征，总结探索出其在空间上的变化规律，提供定量的表层地球物 理参数，可以为地震勘探各技术环节上采取相应而有效的措施打下坚实的基础，为此， 有必要对近地表的吸收衰减特性开展深入调查，明确其对地震波传播规律的影响并对 其衰减效应进行相应补偿，从而提高地震资料的分辨率，更准确的指导油气等矿产资 源的勘探开剔。 1 2 研究现状与发展趋势 非完全弹性介质中波传播特征的研究起步较早，以k e l v i n v 0 i 舀模型和m a x w e l l 模型为基础的理论占据了主导地位，由此发展起来的反q 滤波理论和方法已经在地 震勘探中得到了应用，k e l v i n v o i g t 模型认为弹性形变下介质的应力由应变和应变变 化率两部分组成；m a x w e l l 模型认为应变由应力和应力变化率两部分组成。前者不能 考虑应力作用下应变的突变，也不能表示应力消除后的剩余应变；而后者则不具备蠕 变特征，即应力作用下应变的缓慢连续变化。考虑同时具备应变突然变化和剩余应变 及蠕动特性的标准线性固体模型，将许多k e l v i n v o i g t 模型或( 和) m a x w e l l 模型串 并联组合的一维广义线性固体模型，考虑叠加效应的b o l t z m a n n 固体模型，三维线性 非弹性体模型也都有学者提出1 3 j 。 介质粘弹性引起的地震波衰减特性通常用品质因子来描述，它与介质内部的结构 特征以及饱和度、孔隙度、渗透率等因素密切相关。并且，在组成物质松散的地层或 裂隙发育的地层中，地震波的吸收响应要比地震波速响应更为敏感。研究粘弹性吸收 系数成像技术历经了多年的发展，最初在时间域中利用波的振幅衰减信息进行吸收系 数成像，接着提出了在频率域内根据振幅的衰减变化反演品质因子，发展成熟了多种 反演计算q 值的方法【4 ，5 ，6 1 。从整体上来分，传统计算q 值的方法有两大类：( 1 ) 时间 域法，即在时间域利用波形携带的信息计算q 值，如振幅衰减法，解析信号法，上 升时间法等；( 2 ) 频率法，即在频率域中利用频谱携带的信息计算q 值，如匹配技术 法，频谱模拟法，频谱比率法等。初始研究主要是针对零偏v s p 资料，因为v s p 资 料是在地表激发井中接收情况下得到的，其下行波分量只是经过地层一次作用，受环 境噪声、地表改造作用等影响小，相比较而言，具有比地面地震记录更高的品质，也 能准确的反映地层的吸收性质。 接着，在上述方法的理论基础之上，出现了一些新的方法，如：( 1 ) 在小波域中， s c o t ts i n g l e t o n ( 2 0 0 6 ) 提出时频域分析方法( 包括g a b o r - m o r l e t 小波分析方法等) 1 7 】： r a nb a c h r a c h ( 2 0 0 6 ) 等给出了两种反演q 值的方法，一种是基于层的离散q 值反演， 2 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 另一种是低阶多项式拟合估计q 值f 8 1 ；赵伟( 2 0 0 8 ) 提出利用零偏v s p 资料在小波 域计算介质q 值的方法，基于单程波传播理论并用m o f l e t 基本小波，得到了零相位 子波情况下的时频域q 值计算方法阴；高静怀等( 2 0 0 7 2 0 0 9 ) 提出利用零偏v s p 资 料直达波的小波域包络峰值处瞬时频率( e p i f ) 提取介质q 值的方法。基于粘弹介 质的单程波传播理论，得到子波包络峰值处瞬时频率与品质因子的关系1 1 0 , 1 1 , 1 2 。( 2 ) 在频率域中，出现了q u a r ty o u l i 与h a r r i s j e r r y m 的基于中心频率偏移的方法及z h a n g c h a n g j u n 与t a d e u s z j u l r y c h 的峰值频率法反演地层品质因子 1 3 , 1 4 】；屠宁( 2 0 0 9 ) 在 比较中心频率偏移法和峰值频率法的基础上，建立了峰值频率和中心频率的联系，综 合利用两种方法优势，提出了一种新的频移法计算衰减【l5 1 。( 3 ) 另外，还有其他一些 方法如：a l e s s a n d r or i b o d e t t i ( 1 9 9 8 ) 提出的利用渐近理论进行衰减成像的方法，利 用反演弹性参数的成熟算法，通过模型实现了s h 波全波形反演渐近成像【1 6 j ；r a h u l d a s g u p t a ( 1 9 9 8 ) 提出了从传统的c m p 道集中确定q 的方法，从本质上讲，就是对 经过n m o 拉伸校正后指定的c m p 道集在一道道的基础上利用频谱比率法，通过对 视衰减q 随炮检距变化趋势外推得到零偏q 估计【1 7 1 ；s u ns h e n g j i e ( 2 0 0 0 ) 提出了利 用全波形广义线性反演方法从地面地震数据中获取q 因子的方法以及利用迭代散射 移除算法从v s p 数据中计算衰减的方法i ls 1 ；x i aj i a n g h a i ( 2 0 0 1 ) 探讨了从r a y l e i g h 波中确定近地表介质q 的可行性【l9 j ；c a r l o s ( 2 0 0 4 ) 提出从转换p s 波数据中反演q 值的方法1 2 0 】；i z a r ee ly a d a r i ( 2 0 0 8 ) 给出了用波传播模拟估算近地表衰减的方法等【2 1 1 。 另外，y i hj e n g ( 1 9 9 9 ) 等，对频谱比法进行了改进，用于测量浅地表q 值，与上述各 种方法不同的是，他们假定q s 、q p 与频率相关【2 2 】。这些方法实现了从c m p 道集， 多波地震勘探资料，零偏v s p ，r a y l e i g h 波等资料中提取衰减参数。许多学者对上述 方法都进行了应用1 2 3 - 3 8 。 对地震勘探而言，基于动力学特征的衰减补偿对地震资料的改善具有重要的作 用；而准确的反演出地层的品质因子值，是实现此目的的关键。上述每种方法的适用 条件及推广应用，都有待于进一步研究。在粘弹性吸收机理的基础上，研究更为合理 的吸收参数提取方法，对指导油气勘探的进一步深入，也具有十分重要的现实意义。 1 3 本文主要研究内容 本文在研究平面波衰减理论的基础之上，总结前人反演品质因子的经验方法，通 过对方法的试验验证，优选了反演方法，实现对微测井资料和零偏v s p 资料的品质 因子反演，得到工区的中浅层衰减。 3 第一章前言 微测井资料与地面地震和v s p 资料不同，每一口微测井记录的不同道都是在不 同炮点、不同激发岩性条件( 每炮多道时接收点也不同，通常呈现不同形式排列，如 扇形，圆形等) 下得到的，各炮信号传到地面检波点处的走时不同，出射角度不同， 穿过的地层性质存在差异，所经历的波前扩散和地层吸收也不同。对于这样的一组资 料，要根据其能量关系进行地层品质因子的反演，必须首先进行从波形、能量，到走 时信息的归一化研究。为此，还需要研究不同激发岩性下所产生的弹性能量与激发因 素的关系，并需要精确计算不同深度条件下地震波的旅行路径和出射角度，还需要考 虑波前球面扩散对地震波振幅( 能量) 的影响。只有这样，才能够建立可靠程度较高 的近地表吸收衰减模型。因此，研究思路为： 首先对平面波传播理论进行回顾，明确品质因子的物理意义，给出近地表的吸收 特性；然后回顾提取品质因子的方法，从不同的分类上对其进行归纳总结，并给出依 据粘弹性衰减理论提出的方法改进和反演品质因子新方法；利用模型进行方法验证， 明确方法的正确性；对实际工区资料进行处理，并说明对微测井资料进行的预处理方 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章近地表吸收特性及品质因子提取方法 2 1 近地表吸收特性 实际地震观测表明，地震波在地球介质中传播时一个主要特征即是衰减。天然地 震激起的地球震荡，虽然能量巨大，波及广泛并能持续较长时间，但最终仍会衰减消 失。目前主流解释是由于地球介质非完全弹性和介质非均匀性的影响。描述介质非完 全弹性的应力应变模型比较常用的是粘弹介质模型。对于地球介质，由于在地震波传 播时应变很小( 一般小于1 0 _ 6 ) ，同时也没有观测到波的传播速度或q 值与波的振幅有 关的现象，所以，可以认为地球介质对应力的响应是线性的，叠加原理成立。地球介 质性质满足低损耗线性粘弹性体的基本性质： ( 1 ) 损耗函数是应变分量的二次函数，且常常是正定的。 ( 2 ) 必须满足因果律，因而在数学上要求复波数k ( 国) 在c o 平面的下半平面上是解 析的；在物理上，波的衰减导致因果性相移，从而产生波的频散。 ( 3 ) 在缈专0 0 的极限情况，粘弹性状态方程过渡为弹性状态方程。 ( 4 ) 状态方程中的粘弹性参数必定与介质的内部结构有关。 因此，为了研究地球介质中的地震波衰减，就可以基于线性粘弹性理论，通过对 实际情况的抽象概括来研究地震波能量在传播过程中的衰减。当线性粘弹性体具有简 谐形式的应力输入时，其输出应变的滞后角可用品质因子q 表示。在物理上，这就 是表示地震波传播过程中能量的衰减。 地层的品质因子q 是表征地层衰减的一个重要参数，它描述了介质的非完全弹 性特征，是地层的内部本质特性。q 值越大，对地震波的衰减越小，对于完全弹性介 质来说，q 值为无限大；q 值越小，对地震波的衰减越大。一般来说介质的q 值与 地壳的结构特征有关。 地震波在传播过程中发生衰减，其衰减的过程反映了传播介质的粘弹特性【3 9 , 4 0 , 4 1 】。 对均匀粘弹性介质而言，利用傅里叶变换，一个传播的平面波可以写成： a ( x ，彩) = 么( o j ) e j k ( o , ) 。- o x ( 2 1 ) 其中a 为振幅，彩为圆频率，t 为传播走时，x 为传播距离；k 是波数，为复数，用 相速度勺( 缈) 和衰减因子口( 缈) 表示为 后( 国) 。南2 高砌( 缈) ( 2 - 2 ) 第二章近地表吸收特性及品质因子提取方法 复传播速度c ( 彩) 可以表示为 c ( 缈) 2 羽g o = ( 2 - 3 ) 弹性模量m ( 缈) 此时也为复数并且有 m ( 缈) = m r ( c o ) + i m 。( ( - 0 ) ( 2 - 4 ) m r ( 国) 跟相速度q ( 缈) 和衰减因子口( 缈) 都是正实数，并且是缈的偶函数；模量 的虚部m i ( 缈) 是缈的奇函数，在国 o 时为负。 因为介质中的传播响应要满足因果关系，相速度和衰减必须满足k r a m e r s k r 6 n i g 关系 熹= _ c o + h 口( 缈) ( 2 5 ) 绵( 缈)气r 弋“， 。 和 一h 羽1 一i 1 亿6 ， 买中气2 溉q ( 缈) ，h j 表不h i l b e r t 变换，口【o ) 是缈专0 时的衰减凼于。如果满足 了这些关系，传播响应是关于最小传播时间也即初至时间的最小延迟。相速度为 羽1 = 去r e 七( 缈) ) ( 2 - 7 ) 一= 一k c i ，”i i - ，j 唧( 缈) 国l j 弋叫j 。 对于低损耗的岩石，则波组群速度为 羽1 = 铲d 硼= 羽1 一南一掣 协8 ， 品质因子q 为耗散因子的倒数 蚓一瓮s 昨) = 别 协 南剪谏序平方聃倒新结合( 2 2 ) ( 2 4 ) 可以得到 从而得到 上一鸳+2i旦：上一一：一p(mr-；im一,)(2-10)2 绵缈2o ) c pm r + 浙i l m l 2 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 口：一6 0 m i p 。c v 2 1 m 1 2 和 1 一p ( m r + i m i ) 邰2 2 1 m 1 2 就得到的耗散因子而言，假定满足f 1 ，有 铲再 ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) 再( + 引 协 和 蟛h 压( 2 ( 1 + 孝2 ) ( 1 + 厩) ) 叫2 掣压龆协 从等式( 2 9 ) 和( 2 1 0 ) 我们得到 q = 是南 对y a c p 2 1 0 , i ，等式( 2 1 4 ) 的近似可以满足，从而得到 d 且( 2 - 1 6 ) 2 a c p 在陆上进行地面地震勘探时，由于激发、接收的地震波都要经过近地表的传播， 因此不可避免的要受到近地表的影响。近地表带来的主要影响有： ( 1 ) 地表岩性差异，或是不同速度区即由地表风化剥蚀层组成的低速带及下伏 的低降速带跟深层高速带引起的波传播差异，这会因为走时差异而影响地震成像，这 也就是野外静校正问题； ( 2 ) 近地表岩层的强非完全弹性性质引起的剧烈吸收衰减，即激发、接收振幅 和频率差异问题。激发、接收的振幅和频率差异会影响到成像波场的性质； ( 3 ) 由近地表岩性差异带来的波阻抗差异和界面起伏引起的干扰波影响，即面 波和散射等干扰波的影响。 随着勘探难度的进一步加大，越来越多的勘探面对的目标是更隐蔽的岩性油气藏 或深层目的层，对地震资料品质的要求也随之加大，必须关注近地表引起的振幅衰减 和频率吸收衰减的影响。 近地表的吸收衰减与深层的球面发散与吸收衰减的特点存在明显的不同。主要表 第二章近地表吸收特性及品质因子提取方法 现为： ( 1 ) 非完全弹性体的性质更为突出，吸收衰减更为严重，对波形和频谱的改造 作用特别明显； ( 2 ) 近地表岩性的突变较深层更为剧烈，导致了速度梯度，吸收衰减梯度都比 深层要大； ( 3 ) 激发耦合特性与岩性关系和地层压实情况关系密切，激发振幅和频率差异 显著。下面图2 1 给出了微测井井底激发井口井底分别接收的波形和频谱对比，可以 看出近地表对地震波的剧烈衰减，井口到井底短短不到4 0 m 的范围对地震波能量的 衰减达3 0 分贝。 曼 叠1 咖 1 1 0 1 n 1 o 0 1 1e _ 3 ( a ) 井底波形 ；0善摹掣j0；j；矗i ol溉；?三l-11 ：川- | l m 山： ” 一+ 一一f _ i i | l f | | | 洲i ：+ - o ：_ 川川川f ，i l 三 一i i t 眇+ | f 。+ 0咖1 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 03 5 椰4 5 0 0 u驯 ，u w删洲 ；w洲w 删= 删 l ， ，h z ；t ；h z ( c ) 井底处激发并底井口单道频谱对比( 左侧为对数坐标) 图2 1 双井微测井井底井口波形、频谱对比图 多种因素都会造成反射地震波振幅的衰减，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 与地下实际地质情况有关的因素，如地层分界面的反射系数、反射界面上 凸下凹倾斜翻转透镜体等不同形状引起的聚焦或发散、地层非弹性性质引起的地层吸 收衰减、薄互层引起的层间多次反射、地下不均匀体引起的散射等； ( 2 ) 与炮检距有关的因素，如球面扩散造成的能量减弱、传播路径不同引起的 吸收变化或是各项异性性质等； 8 啪 啪 枷 瑚 啪 蛳 蛳 枷 | 毛 三叠 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 ( 3 ) 与近地表条件有关的因素，如震源强度与类型、激发时的耦合情况、检波 器类型、灵敏度和接收时与地面的耦合情况，近地表松散表层的强烈吸收造成的衰减、 地表的高低起伏与出露地表岩性情况对波传播能量的改造等。 近地表复杂因素对地震勘探的不利影响主要表现在以下几个方面： 1 ) 低降速带的地层组分、厚度、吸收衰减和速度在三维空间上变化大而快，不 同地区具有不同的地域特征，甚至有时沿垂向上的反转异常；此外还可出现低降速带 和高速层界面过渡区速度存在各向异性，或是界面形态起伏度较大等其它特征，使表 层建模非常困难； 2 ) 无低降速带的基岩出露区，当岩层倾斜时，地面所出露的岩层速度随年代、 岩相和岩性的不同而变化，加之地表风化剥蚀作用的改造，表现在沿垂直岩层走向上 会发生速度的剧烈不规则变化，有时还能形成浅层多次折射波； 3 ) 当地表岩层层面和断层面倾角大于5 0 度，尤其是当地面常出现成排的高陡构 造，并伴以岩石强烈扭曲变形、构造样式复杂、断裂带发育且倾向多变等特征时，将 会在很大程度上影响地震波的激发效果和下传，甚至会出现大片的地震资料空白带， 而且会造成正常的地震波射线传播路径发生畸变，接收到的波场变得异常复杂，所携 带的地下信息难以判别； 4 ) 当在山地进行地震勘探时，地形起伏通常异常剧烈、切割太深、相对高差大 于2 0 0 m ，地震波、初至形态会随地形和地表类型的变化而发生畸变；沟谷两侧的高 大山体带来的侧面干扰也显得尤为突出，并且压制困难： 5 ) 由于许多复杂地区表层无明显的分层性，近地表不存在折射界面或无稳定的 折射界面，偶尔也出现多层折射界面的情况下，低速带数据采集困难或无法实施，低 速带数据信噪比和调查结果的可信度较低，难以确定高速层顶界面形态和速度； 6 ) 潜水面埋藏太深，地面缺水，地表激发介质干燥、疏松或是组成过于致密坚 硬，激发、接受耦合条件很差且横向变化大； 7 ) 复杂地区单炮记录信噪比普遍偏低，干扰严重；而当沿一条地震测线上不同 地表类型和迥异的表层结构频繁交替或无规律相间出现时，相邻炮的记录面貌上的干 扰波发育类型、干扰波特点、干扰强度、干扰源及子波等特征更具有复杂多变性，去 噪很困难；当分区或分段采用不同静校正方法时会在不同表层结构的衔接部位产生静 校正量的闭合问题； 8 ) 当地面岩层松散时，无论是在激发或是接收地震波时，都会受到地表对波能 9 第二章近地表吸收特性及品质因子提取方法 量的强吸收，进一步降低了资料的质量，影响到对深层资料的判别与利用； 9 ) 受信噪比低，静校正不彻底( 因为近地表太复杂，表层建模不准，仍存在剩 余静校正量) 、地震信号不稳定、入射子波不同等多种因素的影响，加上地震剖面上 又发育回转波、侧面波、断面波和绕射波等，故在复杂地区很难实现正确的叠加成像、 速度分析和偏移归位，构造成图精度低。 综上所述，开展详细的近地表结构调查对精确的地震勘探来说是十分必要和重要 的。 2 2 传统品质因子提取方法 q 值反映的就是地震波受地层吸收作用引起的不同频率成分信号的能量( 振幅) 的变化。地震波场在沿地层向下传播的过程中，可以利用检波器在井眼中对波场数据 进行采样。v s p 采集到的下行波场数据是进行q 分析的理想数据。一般情况下，选 取一定长度的时窗( 一般包含直达纵波即可) ，利用速度滤波提取下行直达纵波，然后 就可以利用各种方法在时间频率等不同域中对时窗内的直达纵波数据进行吸收衰减 分析。通过v s p 资料得到的q 值质量取决于资料的信噪比，波的散射和检波器的耦 合情况，并且人为处理中引入的初至选取，时窗长度，频率范围也都会对反演结果产 生不同程度的影响，需要试验优选。对地震v s p 资料，已经出现了很多传统的反演 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 一个地震道可以用瞬时振幅a c t ) 和瞬时相位( ，) 表示( t a n e r ，k o e h l e r 和s h e r i f f 1 9 7 9 ) 1 4 2 j 解析延拓到复平面有 u ( t ) = a ( t ) c o s o ( t ) 】 ( 2 1 8 ) z ( ，) = 口( f ) c o s 【( f ) 】_ 甜( f ) + i v ( f ) ( 2 - 1 9 ) 其中z ( ，) 是甜( ，) 的解析信号，v ( f ) 是甜( ，) 的正交信号，并且两者是h i l b e r t 变换对。 使用傅里叶变换时，z ( r ) 和甜( ，) 满足单一的变换关系( c l a e r b o u t1 9 7 6 ；e n g e l h a r d 1 9 9 0 ) 。知道甜( f ) 和1 ，( ，) ，瞬时振幅口( ，) 和瞬时相位( ，) ，以及瞬时频率( ，) 都可以 计算得出( t a n e r1 9 7 9 ) 。 e n g e l h a r d ( 1 9 8 6 ) 利用这些量得到一个地震品质因子的表达式 一1 ：_ 2 去il n 业i j l ( 2 - 2 0 ) 一q 毛丽【- m 彳j 瓦而 其中血是介质中的传播路径，c 是波速，g 是几何扩散，t 是内部时间。图2 - 2 给出了不同量的解释，包括内部时间t ，旅行时差异，= 缸c 及记录时间t 。 图2 - 2 内部时间t ，旅行时差异，及记录时间t 示意图 对有限层而言，微分算子可以用差分代替 或是 土：二三f l n 塑1 q2 ：r f ( t ) a t l g l ( 2 - 2 1 ) ：l n l 鱼i _ 一：r a t f 1 ( t ) + f 2 ( t ) ( 2 2 2 ) lg ljq 2 分析( 2 2 2 ) 式有三种方法： 1 ) 最大值法，只讨论瞬时振幅的