地球物理资料数字处理(第三十讲)

1、地震资料特殊解释第一节 亮点资料的处理 （Processing of bright spot）本节要点：l 引起地震反射波振幅变换的主要因素；l 亮点资料的处理。一引起地震反射波振幅变化的主要因素( The dominant factors for causing change to seismic reflect wave amplitude)影响地震波的因素十分复杂，除地层反射界面的因素及含油气情况，还有其它一些因素。这些因素包括地震波的的激发条件和接受条件，波前扩散，吸收，散射，中间界面透射损失，微屈多次反射，反射系数随入射角的变化，界面的聚焦或发散作用，岩性变化。波的干涉及各种噪声干扰

2、等。1） 地震波的激发条件和接收条件(The shooting and receiving conditions) 在地震勘探的实际工作中，特别是在陆地上，由于地震地质条件的变化使地震波的激发条件和接受条件经常发生变化，因此而影响地震反射波的振幅发生变化。与地震波的激发条件和接收条件有关的因素有：（1） 震源的强度及耦合情况；（2） 检波器的灵敏度及耦合情况；（3） 震源或检波器组合的方向特性；（4） 记录仪器的增益，滤波特性及耦合情况；（5） 地表附近的衰减和散射等。上述这些因素，对于一张记录或一道记录来说，其影响可认为是相同的。这些的因素对地震反射波振幅总的影响可用一个常数因子来表示。2）

3、 波前扩散 (The wave front spread) 当地震波在地下介质中传播时，由于波前面随着传播距离的增大不断的扩张。而每次由震源激发所产生的总弹性能量是一定的。这个总弹性能量分布在波前面上（波前面附近），由于波前面的不断扩张，使波前面上的单位面积的能量密度不断减小，因而使地震波的振幅随着传播距离的不断增大而不断减小。这种想象叫做波前扩散。 下面，分别对均匀介质，层状介质和连续介质讨论波前扩散的规律。图8-6均匀介质中的波前扩散 （1） 均匀介质中的波前扩散 当地震波在地下均匀介质中传播时，波前面是一个以震源为中心的球面，它随着传播距离的增大，而波前球面不断的扩张，由震源发出的总弹性

4、能量逐渐分散在一个表面积不断扩大的球面上，单位面积上的能量密度逐渐减小，因而，使地震波的振幅不断减弱。如图8-6所示，从震源发出的地震波在任意时刻时的波前面的能量密度为： （8-1-7）其中，为总弹性能量，为波的传播距离，为波的传播时间，为波的传播速度。 取离开震源单位距离（r=1米）处的波前面的上的能量密度。 （8-1-8）为标准。从（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，因而得到在任意时刻时候的地震波振幅与离开震源单位距离处的振幅之比 （8-1-9）这就是在均匀介质中波前扩散所引起的的地震波振幅衰减的因子，简称为波前扩散因子。 （8-1-10）（2）

5、层状介质中的波前扩散 当地震波在水平层状介质中传播时，其波前不在是一个球面。因而，在层状介质中，由波前发散所引起的反射波振幅的衰减规律与均匀介质中的衰减规律不相同。 由于推导比较复杂，这里只给出波前扩散因子的公式。 (8-1-11) 其其中，为第层的厚度，为第层的速度，为地震波在第层的双层旅行时间。对于层状均匀介质其均方根速度为 则 （8-1-12） （3）连续介质中的波前扩散 如果地下介质为连续介质，即地震波的速度随深度的连续变化，此时波前发散情况更为复杂。只有首先确定地震波的速度模型，然后才能计算波前扩散因子。考虑地震波为连续介质时候比较简单的情况，设地震波的速度为 在一定的条件下可以导出

6、波前扩散因子 （8-1-13）一般K1，所以可得 （8-1-14）3）吸收 （Absorb） 当地震波在地下岩层介质中传播时，由于实际的岩层是非完全弹性的，这时，除了上述的由于波前扩散所引起的地震波振幅衰减外，由于岩层的非完全弹性使地震波的弹性能不可逆转的转化为热能而发生消耗，因而使地震波的振幅产生衰减，这种由介质的非完全弹性而引起的地震波振幅的衰减现象称为吸收。（1） 均匀介质的吸收 根据弹性粘滞理论可知，由均匀的非弹性介质所产生的吸收作用，将使地震波的振幅随着传播距离的增大呈指数衰减。 （8-1-15） 其中，为震源发出的地震波的初始振幅，为地震波传播离开震源距离处的振幅，为介质的吸收系数

7、。因而，得到由岩层的吸收作用所引起的地震波振幅的衰减因子，简称吸收因子为 或 （8-1-16）为介质的衰减系数，为地震波在介质中的传播速度。吸收系数与介质的性质及波的频率有关，按照弹性粘滞理论吸收系数随频率的一次方根成正比，即 ，则（8-1-42）式和（8-1-43）式变成 （8-1-17） (8-1-18) 其中，为一个仅与介质的非弹性有关的系数，为地震波的频率，。显然，地震波的高频成分衰减的要比低频成分快。（2） 层状介质的吸收当地层为 层层状均匀介质时，如图8-8所示，容易得到层状介质的吸收因子。令 则上式可写成 （3） 连续介质的吸收图8-7均匀介质对不同频率地震波吸收振幅衰减曲线图8

8、-8层状介质的吸收若地层为连续介质，该速度为，吸收系数为且令则，吸收因子D为令 （4） 中间界面的透射损失 当地震波通过地下岩层界面时，一部分发生反射，另外一部分发生透射，根据能量守恒定律，入射的总能量应等于反射能量和透射能量之和，这样透射能量和入射能量相比就减小了，这种现象叫做透射损失。假定一个平面波垂直入射到地下n层层状介质（图8-9），其中，任意第层的波阻抗为，该层的反射系数为，当地震波自上而下入射到第层的底面时，根据（8-8-1）和（8-1-2）式反射系数和透射系数分别为： （8-1-19） =1- （8-1-20）而当波从第n层的底面反射回来，自下而上入射到第层的底面时，其反射系数和

9、透射系数分别为： （8-1-21）和 =1-=1+ （8-1-22）图8-10 透射损失和界面数量之间的关系图8-11 地震波振幅与双程旅行时的关系曲线因此，当地震波往返两次透过同一中间界面时，地震波的振幅将发生衰减。由中间界面透射损失所引起的地震波振幅衰减因子为 （8-1-23）当地震波从地面附近的震源向下传播在界面R上反射回到地面上的检波点往返透过中间界面，时，其振幅衰减因子为： （8-1-24）5）微屈多次反射 当地震波通过若干个薄层时，由上面的界面反射下来的波又被下面的界面再次反射上去（或者相反），这种地震波在各薄层界面之间重复反射多次（图8-12）的现象，称为微屈多次反射。 多次反射

10、透过的能量是与一次反射透过的能量迭加在一起的，其结果使透过薄层的地震波的振幅发生变化。这种微屈多次反射对地震波振幅的影响的性质和大小与薄层界面的反射系数，薄层的厚度和速度以及多次反射的次数有关。根据薄层结构不同，可利用各薄层的反射系数计算出各多次反射波的振幅。在考虑到各薄层的厚度和速度所形成的时间延迟进行迭加，即可具体的计算出透过薄层的地震波的振幅。 6）入射角的变化 前面在讨论地震反射波的振幅时，是假定平面波垂直入射到反射界面上得到的。当平面纵波非垂直入射时，反射系数将随着入射角的变化而变化。 根据弹性理论得到平面波倾斜入射时的反射系数与入射角的关系。 图8-13a为泊松比=0.25，即地震

11、波由波疏的介质入射到波密介质的情况。在这种情况下，当入射角从零（垂直入射）增大时，反射系数开始略微减小，此后随着入射角的增大而增大，当入射角接近临界 角时，反射系数急剧增大，接近于1即“全反射”。然后，随着入射角的增大，反射系数的减小，以后当入射角继续增加时，反射系数又重新增大，直至入射角接近90时，反射系数又接近于1。 图8-13b为泊松比为0.25， 即地震波由由波密的介质入射到波疏介质的情况。在这种情况下，当入射角从零（垂直入射）增大时，反射系数的绝对值开始减小，达到某个极小值，然后，随着入射角的增加，反射系数的绝对值又迅速增大，直至入射角接近90时，反射系数又接近1。 图8-13 平面

12、波倾斜入射时的反射系数与入射角之间的关系 在实际的工作中，当反射界面接近水平时，入射角主要由排列长度和界面埋藏深度而定。当排列长度和界面埋藏深度之比大于1即入射角接近30时，反射系数相对于垂直入射的化可达到0.05以上（）或01.以上（当）。当排列长度与界面埋藏深度之比接近0.5即入射角接近14时，反射系数的变化可达到0.02（当）或0.05（当）。可见当排列长度较大时，由于入射的变化给反射波振幅所带来的影响是不能忽略的。当然上面列举的仅仅是影响地震波振幅的主要因素。实际上影响地震波的因素十分复杂的，我们不能一一列举，在研究亮点形成的机理时，只能考虑最主要的因素。二亮点资料的处理（Proces

13、sing of bright spot）上面讨论了亮点的形成机理和影响地震波振幅的因素。如何获得亮点剖面呢？显然，要使地震波振幅反映油气信息就必然首先要消除非油气因素对地震波振幅的影响，使地震剖面反映地下的油气信息，即“亮点”信息。实际上，在处理亮点资料时我们希望地震波振幅的强弱反映地层反射系数的大小，当反射系数较大时振幅较强，并要求横向上反射波的振幅保持不变，这样的剖面称为相对振幅保持振幅剖面。显然如果横向上出现振幅异常（例如强振幅，亮点，弱振幅暗点）都可能是油气显示的信息。相对保持振幅的处理流程：1 真振幅恢复主要消除，野外记录增益，波前扩散，吸收对地震波振幅的影响，同时做归一化处理进行激

14、发，接受条件的一致性处理。其中，为时窗宽度，为任意时刻的振幅，为归一化后的振幅。2 反褶积迭前反褶积，主要目的是消除多次波，微屈多次反射。此时预测步长应为多次波的时间周期。3 动校正动校正应采用高保真动校正，保证动校正后地震波振幅的保真性。此时应尽量提高速度分析的精度，并应考虑地层横向变化时加密速度谱。4 水平迭加水平迭加应尽量保持相对振幅不变，对长排列远道，考虑入射角对振幅的影响，应尽量切除。5 反褶积迭后反褶积主要目的是提高剖面的分辨率。6 偏移处理偏移处理的目的是使反射波空间归位，绕射波收敛，干涉分解。偏移处理时为保持地震波的动力学特征，应采用用波动方程偏移。7 宽带滤波主要消除反褶积后

15、产生的噪声，提高信噪比。第二节 波阻抗反演技术(Impedance inversion technology）本节要点：l 反射系数的计算；l 波阻抗计算；l 速度的求取。 波阻抗反演技术是建立地震记录与测井曲线相互转化的基础上，沿地震测线将地震记录转换成波阻抗，获得波阻抗剖面进而还可以获得速度剖面。因而波阻抗反演技术也称为伪速度测井技术。利用波阻抗剖面或速度剖面可以进行岩石性质，岩相变化，孔隙流体等方面的研究。下面介绍波阻抗反演的基本原理。一、 反射系数的计算波阻抗反演的关键是求取地层的反射系数。反射系数的求取方法很多，这里介绍一种地层反褶积方法。所谓地层反褶积，首先利用测井资料和井旁地震记

16、录求取子波，然后将所求子波求逆获得反子波。利用反子波与地震记录褶积求取反射系数。设由测井资料求取的反射系数（t）,井旁地震记录x(t),地震子波b(t), 反子波a(t),显然， b(t)= x(t)*（t） (8-2-1)其中，（t）为反射系数的逆。实际上求取反射系数逆道（t）非常困难，一般用最小平方反褶积代替，则 （8-2-2）为使所求子波稳定且收敛速度快，需加入白噪，则 （8-2-3）为使矩阵有更好的稳定解，也可以用双边褶积。 （8-2-4）解之，可以获得反子波 ()则各道的反射系数可由下式计算 （8-2-5） 二、 波阻抗计算由波阻抗的定义知，它是密度与速度的乘积，当地震波垂直入射到两

17、个介质的分界面上时，则反射系数为 （8-2-6） （8-2-7）当反射界面为n层水平层状介质时，则任意界面i的反射系数为 = (8-2-8)对于第n层的波阻抗为 = (8-2-9)三、 速度的求取对于（8-2-9）式，若忽略密度的影响，则可以获得第n层的速度 =*e （8-2-10） 实际上，利用（8-2-10）式求出的层速度，由于地震记录本身缺乏010Hz左右的低频分量，因此中所包含的010Hz左右的低频分量是不可靠的，一般用低截止滤波器滤除，这时所获得的速度称为相对速度。我们可以对测井资料获取的速度进行高截止滤波获得可靠的010Hz左右的低频分量，则我们可以将相对速度与低频速度相加获得绝对

18、速度，则 （8-2-11）实际上，绝对速度仍与实际的地层速度有一定的差别，若想获得地层速度还需要利用井资料进行标定。在生产和实践中，人们多使用相对速度剖面，相对速度反映的是地层速度的相对变化，且精度较高。而绝对速度的低频分量多是由井资料提供，对于井旁或地层横向变化较小时效果较好，而远离井时或地层横向有较大变化时效果则不理想。相对速度不需井控制，且有较高的精度，在生产实践中得到更广泛的应用。 第三节 “三瞬”信息的提取本节要点：l 复地震道处理技术原理；l “三瞬”信息；l Hilbert变换的实质。 “三瞬”信息是指地震记录的瞬时振幅，瞬时相位，瞬时频率信息。“三瞬”信息提取技术也称为复地震道技术，是以西尔伯特变换为基础的一种处理技术，通过研究地震记录的“三瞬”信息对于识别岩性和油气是十分有益的。一 复地震记录道处理技术原理 设地震记录为连续信号，其频谱为则 分析式中，第一项，则式可写成 = 上式说明，一个实地震记录可以表示为一个复信号的实部。设此复信号为，如图所示，其频谱为，显然有 若将复信号看成是实信号经滤波后的结果，则有 图 复地震记录上式表明，复信号是由