Complex seismic trace analysis of thin beds翻译.doc

东北石油大学本科生毕业设计（论文）薄层的复地震道分析 杰姆斯罗伯森 享利奥古米摘要复地震道属性可以帮助我们定义薄层地震剖面。对于部分零相位子波来说，在地震瞬时振幅剖面的高幅度异常区域中，低阻薄层厚度为异常峰值时间的一半.当反射系数与极性相反时发生众所周知的振幅调谐效应，除了与地震子波褶积的半时间外结果都会发生异常。薄层是地震主能量循环区域，瞬时频率的异常值增加会揭示薄层信息。这样的异常结果可能是来自不知名但同等重要的横向薄层频率调谐现象。当遇见薄互层的时候瞬时频率会显示出一循环的高异常值，且地层越薄，异常幅度值越大。在本文中复地震道分析应用于关于野外现场宽带数据采集和多孔岩体薄透镜划定的模型中。文中的两个实例研究表明设置显示属性可以应用于现场证实薄层或从常规地震剖面中定义不明显薄层的尺寸。简介复地震道分析概念中时间复函数实部是实地震道。在近几年应用于解释地震信号（费恩巴赫，1975）和共深度点反射（CDP）记录（Taner和Sherilf, 1977及 Sicking, 1978，等其他人，1979）。由于地震道是一因果时间序列，复数道可直接由实地震道本身用希尔伯特方法计算出。利用复地震道的实地震道和虚地震道（亦称为正交道）可以确定特殊地震属性例如瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率。复地震道分析的优势在于可以把地震信号分解为相关函数，这些函数从原始地震道中区分幅度（相位、频率）信息。本文探讨用复地震道分析如何检测和定量评价薄层。Widess (1973)把“薄层”定义为：厚度远远小于地震脉冲在通过地层时显示的主波长的地层。复地震道分析应用于综合地质模型、野外数据采集和多孔岩体薄透镜划定的模型中。复地震道属性的物理意义以前出版的著作已经探讨了复地震道分析计算的算法和地下地质层序的物理属性及显示（Farnbach, 1975;Taner 、Sheriff, 1977; Sicking, 1978; Taner 等人 1979）。瞬时幅度（也称为幅度外壳或反射强度）相当于地震道函数的包络，是在跟踪给定时刻相位的一种强有力的、平稳的、极性独立的物理量。瞬时相位是在给定时间的地震道和其希尔伯特变化之间的夹角，或地震道幅度属性的独立属性估计。瞬时频率是在地震道中逐步采样所获得的频率，相当于瞬时相位的时间导数。瞬时频率属性的一个显著特征是，瞬时频率的绝对值有时可以用来提取大量关于地震波在介质中传播的重要信息。举个例子，Taner等人（1979）在他论文中的表1和附件2中，以25hz的零相位子波分析。其文章中的表1，地震波的瞬时频率w(t)其中t=2,6,10的毫秒值计算。计算时在表中补充，当t=0毫秒时结果为 （1）现在考虑子波振幅谱的表达式(Ricker, 1945)： （2）图1 20Hz Ricker 子波的振幅谱其中为振幅谱，中为频率单位是合赫兹，为对应谱最大值的频率单位为赫兹。式由下式给出 (3)把方程（2）带入方程（3）中并应用积分演算，可得出如下结果。 （4）式中，为伽马的函数，因此： （5）图2 几何地质模型比较方程（1）和方程（5）明显得知：对于一个零相位子波。在波峰的瞬时频率等于振幅谱的中心。这种等价说法是从Ackroyd (1970)电学文献中的地质延伸说法。在给定时间的瞬时频率信号分析，是一种对应于归一化首时刻信号功率中心频率的测量方法。因此，在地震剖面中传播的脉冲，如果地球物理学家能够从未被噪声或者干扰的地震剖面中鉴别出来偶然出现的波峰，可以近似的认为是零相位子波。在这些样品中瞬时振幅谱将会直接从脉冲振幅谱中心直接估算出。上面的例子就应用了零相位子波。然而，瞬时属性概念适用于任何零相位子波。薄层地质模型用20 Hz 零相位子波作用在薄层地质模型上，以研究复地震道属性对于薄层的反应。此时20Hz零相位子波振幅谱如图1，图中振幅谱幅度中位数是21.8Hz，平均幅度22.5Hz。薄层地质模型如图2表示。图中楔形部分声波速度为5000英尺/秒，楔形外部声波传播速度为10000英尺/秒。这样的楔形结构是一低阻抗薄层。图3 常规地震剖面中的薄层地质模型图4 薄层地质模型的瞬时振幅图5 薄层地质模型的瞬时相位图6 薄层地质模型的瞬时振幅图3 是薄层地质模型的合成地震记录。地质薄层的厚度沿时间剖面底部标记，标记为T。在这种情况下的主频率定义为振幅谱（22.5 Hz）而这一段时间大约为44毫秒。当薄层变厚时，相关响应的中央峰值明显标记的薄层底部和顶部。当薄层之间或薄层底和顶之间发生相互干扰时，时间剖面低于T/4便不能在标记薄层厚度Widess (1973)。正如Lindsey (1973)在文章中发表的结论，当地层厚度低于旅行时的T/2时由于复杂干扰幅度值确定(Neidell 和 Poggiagliolmi, 1977)。当地层厚度接近于零的时候，振幅最大值在T/2处，可以通过有意义的干扰和波形单调性来判断地层厚度。合成地震剖面已被转换为显示瞬时属性的瞬时振，瞬时相位，瞬时频率。这些瞬时属性如图4、图5、图6。半周期调谐清晰明确地突出的瞬时振幅剖面，且下降幅度低于半期是容易遵循的颜色。瞬时振幅剖面补充说明图解显示薄床调谐频率以及振幅。当地质薄层较厚时，瞬时频率在中央峰值的顶部和底部反射的频率的贡献等于波振幅谱的中心幅度如上所示。当地层厚度接近一个旅行时长的时候，沿着中心地层瞬时频率幅度出现异常增加。在幅度出现异常增加后，大约在一个旅行时内，幅度值会明显但突然地过度到一个低值区域。从半个周期到四分之一周期期间，瞬时频率沿薄层中心再次增加。当地层厚度小于四分之一旅行时时，更高的异常幅度值出现。瞬时频率的变化作为整体看会有惊人的显示。大量建模调查表明，若地层顶部和底部的反射系数不变，该模型相对于速度有明显的变化。这样看来，结合瞬时振幅和瞬时频率可以从真实地震数据中获得更准确的薄层信息；尤其当薄层厚度远小于半个旅行时的时候可以仅从地震剖面中获取薄层信息。图7 薄层厚度与瞬时频率关系图图8 包含地质薄层和低阻抗砂岩的部分地震剖面记录图9 用瞬时相位显示的地震剖面图图10 A地的地表和钻井数据图11 B地的地表和钻井数据图像显示对于色彩是敏感的，具有视觉上的冲击。举个例子，图7是薄层厚度与瞬时频率关系图。在图6中两个调谐频率区域被标记为简单的红色，这是一个简单的代换。然而，幅度异常显而易见。调谐峰值在一个周期中低于四分之一周期，在没有色彩标记的图7中也显而易见。薄互层的瞬时相位剖面如预期一样（图5）。本章节还阐述了，瞬时频率被横向终止的实地震道和虚地震道零交叉点的薄层地质模型支配并且对其很敏感。薄砂岩举例用一段地震记录来检测和确定低阻抗多孔砂岩如图8，在图中垂直目标层被标记出来，双向旅行时延伸了50毫秒。该图区域显示目的层的横向变化特征、振幅和波至时间。这些变化显示低阻砂岩层的粗在和厚度。图12 C地的地表和钻井数据图13 图8中地震剖面的瞬时振幅显示图14 图8中地震剖面的瞬时频率显示地震剖面最初转化为瞬时相位显示在图9中。这种显示方法强调横向的连续性。定义三个不同横向异常。第一区域位于图中左部分，瞬时相位变化小于90并且贡献在20毫秒以上的区域。第二区域在通过异常值瞬时相位矢量旋转的中心，在贡献区域内额外旋转360。第三区域位于地震剖面的右部分，类似于第二种定义但在垂直更广，在横向变化更突然。瞬时相位在划分异常时有很大帮助如图8和图9。在一口井的测井数据上如果有这些异常值分布。那么便可以利用测井资料进行地质解释。井的位置坐标位于剖面图的顶部。每一口井的声阻抗信息取决于结合地震剖面的声波测井和密度测井信息，如图10到图12，并列举了瞬时振幅和瞬时相位信息。井A包含了一约90英尺厚的低阻抗砂岩层。这种厚度的砂岩层相当于15毫秒的由半周期所主导地震能量的双向旅行时。（图9中）井位穿透最右部分的相位异常的中心。薄层地质模型被论证以后，在图10中的瞬时振幅由半周期厚度的低阻抗地层调谐。在这种情况下，调谐幅度在地层底部出现。可能是由于薄互层和及薄盖层、覆层的影响。瞬时频率相对地质薄层来说没有什么特征。由瞬时振幅和瞬时频率剖面而显示整体的砂岩地层（图13和图14）表明：A井中砂岩层厚度近似为半旅行时大约为20毫秒的地震道，和大约5毫秒的右侧地震道。在这一范围内，地层的厚度是四分之一旅行时长，显示为瞬时振幅的减少和瞬时频率的增加。砂岩层的存在小于四分之一旅行时长（45至50英尺），对于另一些20道的图形在两边显示的持续瞬时频率高异常。这样的瞬时频率异常最终终止，这表明砂岩层的掉陷或者过薄都会淹没于地质噪声之中。B井（图11）穿过最右边的瞬时相位异常值中心（图9），这是一低幅值异常显示（图13）。这说明对于低阻抗砂岩的半旅行时周期并不存在。然而，频率却很高（图14）。这说明对于一非常薄的低阻抗砂岩底层厚度小于四分之一旅行时长时可能显示连续异常，B井证实了这样的一个18英尺厚的砂岩层。在B井中的地质层位是复杂的正如图11中波阻抗曲线的显示结果。期望贡献在50毫秒的一些地层将有助于地震波的调谐作用。显然，幸运的是，低阻抗砂岩层即使很薄也可对地震波的调谐产生主导作用。利用异常值预测砂岩层基于瞬时相位和瞬时频率剖面，但是砂岩层的厚度小于旅行时所确定厚度的四分之一，从B井向左延伸50道宽。薄层的瞬时频率特征是一个由瞬时频率异常标记薄层的一个例子，由Sicking (1978)提出，地震模型岩性会相互贯穿。低阻抗砂岩层根本不会在C井的数据中显示（图12）。瞬时振幅在图中的区域显示低值，在B井和C井资料中不会区分及显示不存在的砂岩体，尤其在振幅幅度的上。与此相反，在频率谱的剖面上能明显确定层界限。由B井中薄层砂岩产生瞬时频率的高异常值与在C井中砂岩低瞬时频率异常值特点明显不同。瞬时频率沿整个相位值异常的C井渗透降低，这表明在这一地质线上没有低阻抗的砂岩体出现。结论计算机模拟的地震数据和野外带宽获得的地震数据可以划分复杂地层，这一方法一杯转换为复地震道瞬时振幅的图像显示。瞬时属性剖面加强了常规地震剖面的解释精度，不仅可以定性的显示常规值，还可以通过定量定义地震波的特征，如主频率和如地层厚度这样的地层变量。用复地震道属性定量分析地震波，定义对于零相位子波的瞬时频率的最大值与波的中心波峰对应并且等于瞬时频率对应的地震波振幅谱的中心值。瞬时频率的波峰是一个包括零相位子波的具有物理意义的测量方法。如果在地震剖面中的信号能近似的看做是零相位子波，如果地球物理学家能够确定在地震剖面中偶尔出现的噪声或者干扰的异常波形。那么瞬时频率在这些举例中就可以直接估计在地层中传播的脉冲的频谱。用复地震道属性定性分析地震波，可以应用地层学方法估计地层的厚度。多孔砂岩、低阻抗砂岩存在于高声波速的介质中，地层的厚度可由突显地震能量峰值间距离的一半表示为高异常振幅区域的瞬时振幅图像显示。这些异常的是众所周知的振幅调谐作用而来，除了与地震子波的褶积时，反射系数的极性与地震波传播旅行时的一半相反时发生调谐作用。作为组成砂岩的薄层到四分之一旅行时的主地震能量，都可以由瞬时频率异常增值发现。这种方法来自于不太为人知晓的但相当重要的薄层振幅调谐方法。当砂岩层厚度达到四分之一旅行时的瞬时频率达到高异常幅度，幅度值越高，砂岩层层厚度越薄。因此，瞬时频率剖面是分析调查薄互层的敏感调查工具。文献Ackroyd, M. H., 1970, Instantaneous spectra and instantaneous frequency: Proc. Inst. of Electr. and Electron. Eng., v. 58, p. 141.Farnbach, J. S., 1975, The complex envelope in seismic stgnal analysis: Bull., Seis. Sot. Am., v. 65, p. 951-962.Lindsey, J. P., 1973, Modelling for lithology: Presented at Lithology and direct detectton of hydrocarbons using geophysical methods, a symposium sponsored by the Geophysical Society of Houston, October 8 and 9.Neidell, N. S., and Poggiagliolmi, E., 1977, Stratigraphic modeling and interpretation-Geophysical principles and techniques, in Seismic stratigraphy-Applications to hydrocarbon exploration: C. E.Payton, Ed., Am. Assoc. of Petr. Geol., memoir 26, Tulsa, p. 389-4.1_6 _.Ricker, N., 1945, The computation of output disturbances from amplifiers for true wavelet inputs: Geophysics, v. 10, p. 207-220.Sicki