地震勘探原理

地震勘探原理1第一页，共三十八页，2022年，8月28日一、引言

地震勘探技术成为勘探的主要物探技术，主要在于它精度高，随着勘探目标复杂程度的增加（目标变小、隐蔽类型多），要求地震勘探有更高的精度，这就出现了高分辨率地震勘探。地震勘探的发展道路自始至终贯穿着勘探精度的不断提高。地震勘探精度提高的五次飞跃

第一次飞跃（30年代）：由折射地震法改进为反射法，出现了带自动增益控制及RC电路滤波器的地震仪，开始使用组合检波技术。第二次飞跃（50年代）：出现多次覆盖技术，出现模拟磁带记录仪，地震剖面信噪比大幅度提高。第三次飞跃（60年代）：出现反褶积技术及速度滤波技术，出现数字地震仪及数字处理技术。第四次飞跃（70年代初）：出现偏移归位成像技术。第五次飞跃（70年代后期）：出现三维地震勘探技术。2第二页，共三十八页，2022年，8月28日

80年代里，各种各样的子波处理技术、反褶积技术及千变万化的波动方程偏移技术逐渐趋于完善，解释方面由于成像技术的提高和三维数据体资料的极大丰富，大量的解释工作过于繁重，于是出现了解释工作站。地震勘探技术在石油工业中的作用从勘探发展到油藏特征描述，要完成这个任务，需要多学科的结合，并且要实现五个方面的转变：（1）二维三维（2）叠后叠前（3）声波弹性波（4）各向同性各向异性（5）单一综合今后的主要任务首先应是提高地震勘探的分辨率，没有足够的分辨率，很难在储层研究及油藏描述方面有所作为。高分辨率地震勘探是一个系统工程，它有很多环节。3第三页，共三十八页，2022年，8月28日

高分辨率系统工程Shot激发——小药量，小井深Sweep可控震源——变频扫描，单车Gephone检波——高频检波器（包括涡流式）Apparatus接收仪器——扩大瞬时动态范闲，高频提升Pre-ampli.前置放大——提高低截频Array排列——缩小道距，缩小组合基距SampleRate采样率——提高采样率Environment环境——平静的记录环境，避免高频噪音Survey测量——实测炮点及检波点的坐标（高程）Pre-processing预处理——作好静校正Q-comp.大地吸收补偿Deconvolution反褶积——仪器反褶积（反组合反熠积）——不能采用单道反褶积——两步法统计反褶积（地表一致性反褶积）Vel.Anal.&NMORasid.statics速度分析，动校正，自动剩余静校正迭代反复，甚至分频处理P-wavefitting拟合t0道，求P波剖面，代替水乎叠加Post-stacksp.Wh叠后谱白化或预测反褶积，展宽频谱Refl.coeff.blueeffectcorrection对反射系数“兰色效应”的校正Zero-phaseWavelet子波剩余相位校正——子波零相位化ImpedanceInversion反演成波阻抗或积分地震道Interpretation解释——层位标定、砂层追踪及厚度推算等等4第四页，共三十八页，2022年，8月28日二、分辨率的基本概念1.严格的分辨率定义要使两个地震波完全分开，必须两个子波脉冲的包络完全分开，如果两个子波的包络连在一起，必然互相干涉，两个波的振幅、频率必然含糊不清。Knapp认为：垂向分辨率应该用地震子波脉冲的时间延续度来定义。子波延续长度很长，在常规的两三千米勘探深度上，一个地震子波大概至少要振两三下，时间延续度长达100—200ms（折合约为150—300m），压缩成一个振动相位，则也往往要长达50—80ms（折合约为75—120m左右）。两个波严格地可分辨，子波的包络互相分开。

5第五页，共三十八页，2022年，8月28日2.不太严格的分辨率定义6第六页，共三十八页，2022年，8月28日第七页，共三十八页，2022年，8月28日

3．三种相位特征带通子波的分辨率第八页，共三十八页，2022年，8月28日4.频带上、下限与分辨率的关系(1)绝对频宽将带通子波通频带的下限称为f1，上限称为f2，则f2―f1称为绝对频宽B，即绝对频宽:B=f2―f1。它决定了包络的形态，对于零相位子波，包络相同，分辨率相同。Knapp称为：“频移过程中子波包络的不变性。”例如10—40Hz的子波包络与30—60Hz的包络相同，但子波振动相位数却不同。(2)相对频宽f2与f1相除称为相对频宽R，即R=f2/f1或倍频程数：OCT=3.32Log10(f2/f1)。倍频程相同（即相对频宽相同），波形是相同的，只是波形的胖瘦不同，因此分辨率不同。如：10—40HzB=30R=4胖20—80HzB=60R=4瘦，分辨率高Knapp指出，倍频程一样，波形一样时，还是瘦的子波分辨率高，因此分辨率不能用倍频程来衡量，只能用绝对频宽来衡量。相对频宽决定了子波的振动相位数，如图14，零相位子波当相对频宽低于1个倍频程时，连续相位迅速增多。(3)视频率(主频)第九页，共三十八页，2022年，8月28日第十页，共三十八页，2022年，8月28日第十一页，共三十八页，2022年，8月28日5．不同频宽子波对不同厚度砂岩层的反映好的分辨率不能光看绝对频宽是多少，还要看所占的频段在哪里。如40―160Hz的宽频不一定比10―80Hz的宽频好，因为前者缺乏10―40Hz的低频段（图15~16），会使原砂层在波阻抗反演后形成砂层中央的阻抗值下陷，即绝对频宽很宽的子波如果缺了低频也不好。第十二页，共三十八页，2022年，8月28日第十三页，共三十八页，2022年，8月28日第十四页，共三十八页，2022年，8月28日6.不同频率有不同用处

40―50Hz的曲线频带太窄，根本不能反映砂层的存在，而40―160Hz的曲线虽然绝对频宽很宽，但对模型的反映也很差，因为缺乏低频。结论：分辨率与频宽成正比这句话虽然不错，但是并不能光看频宽数值愈大愈好，还要注意不要丢掉低频成分，那种丢掉低频成分的，表面上看来主频较高的分辨率是假分辨率。第十五页，共三十八页，2022年，8月28日第十六页，共三十八页，2022年，8月28日第十七页，共三十八页，2022年，8月28日第十八页，共三十八页，2022年，8月28日三、分辨率与信噪比的关系以上讨论的分辨率还没有与信噪比联系起来，信噪比是分辨率的基础，分辨率是由信噪比所定义的。不少学者列出了在存在噪音条件下的分辨率公式，如Widess公式：

在有噪声下分辨率：通常记录道在中频段（10—60Hz左右）信噪比较高，小于10Hz往往低频面波占据优势，而高频60—100Hz往往又是由高频干扰成分占统治地位。

有效频宽：S/N大于1的部分（见图21）任何反褶积或单道褶积滤波都不会改变每一个频率成分中的信噪比。（在褶积过程中，褶积算子对信号与噪声一视同仁）那么为什么带通滤波可以改进信噪比和视觉分辨率呢？带通滤波和反褶积不能改变不能改变每一个频率成分的信噪比例，但却能改变视觉信噪比和视觉分辨率。第十九页，共三十八页，2022年，8月28日第二十页，共三十八页，2022年，8月28日1.视觉信噪比(Visualsignal-to-NoiseRatio)2.视觉分辨率(VisualResolution)第二十一页，共三十八页，2022年，8月28日图(b)和图(d)完全相同，即反褶积不改变信噪比谱。视觉信噪比就是(a)、(c)中S的面积与N所占的面积之比，反褶积后视觉信噪比降低了。视觉分辨率就是(a)、(c)中S的面积与长方形图框面积之比，反褶积后视觉分辨率提高了。第二十二页，共三十八页，2022年，8月28日

处理时，是否把滤波及反褶积（包括谱白化）作得很好，完全决定于它是否能够把信噪比谱中S>N的那部分最大地提起来，而把S<N的部分最大程度地压下去。第二十三页，共三十八页，2022年，8月28日四、地层对高频信号的吸收作用

由于地层的吸收作用高频信号变弱而不易接收到，为了提高地震勘探分辨率，需要把接受频带尽量较宽些，扩展频带的一个较难的课题是如何保护高频信号。1．岩石吸收衰减的参数含义及公式第二十四页，共三十八页，2022年，8月28日第二十五页，共三十八页，2022年，8月28日2．影响岩石吸收特性的因素（1）温度与压力的增大会使吸收减小，即Q增大。（2）震源附近，波动振幅很强时，应变加大，颗粒间的内摩擦作用加强，吸收强烈，Q很小。（3）不同的岩性吸收量不同。吸收量由小到大依次为：灰岩泥岩砂岩孔隙形状及裂缝发育程度也极大地影响Q值的变化。（4）测定频率与Q值有关。（5）饱和度及液体性质也会改变吸收的大小。纵波：干样吸收量小，加水吸收增大，饱含水时吸收较大，这主要是因为孔隙中气泡的形成增加了能耗。（6）孔隙中流体性质。如粘度对吸收也有影响。26第二十六页，共三十八页，2022年，8月28日3.地层吸收衰减的总规律

主要搞清大套地层在总体上的吸收系数的大规律在地震勘探的频率范围内（5—300Hz），在应变较小、低耗散条件下，在砂泥岩为主的地层剖面中，地层又基本上饱和含水的条件下，品质因数Q随频率的变化很小，而且吸收衰减主要决定于地层岩石的致密程度，愈致密的岩石其Q值愈大。地层致密程度往往与纵波传播速度Vp有着某种联系。因此在地层吸收Q值与纵波传播速度Vp建立一个经验公式即Q—Vp公式。27第二十七页，共三十八页，2022年，8月28日（1）测定吸收衰减的方法及精度实验室测定：受许多条件的限制，如疏松的或胶结不均匀的岩样无法磨成规则形状；温度、压力及含流体情况不容易模拟真正的地下情况；岩样小，只能用超声波频率段来测定，所用频率往往是数千赫的高频，而与地震勘探中的频段不一样。野外实测：精度较高，但对于疏松地层难以测定。VSP在井中测量：误差相当大，不能测准小层的吸收系数。根据野外实际反射记录测定吸收系数：根据相邻反射波振幅衰减比值计算；根据频谱比的斜率；根据反射子波（或直达波初至）波形上升时间推算；子波模型法。测定所得的Q值只是大套地层的平均吸收系数，不能用它来研究较薄地层的物性及含油性。28第二十八页，共三十八页，2022年，8月28日（2）Vp—Q经验公式

Q不是Vp的简单函数，但总的衰减规律是Vp愈大，Q愈大。李氏经验公式：式中，纵波速度用km/s作单位。于是同时可知

利用这个经验公式，可以在此基础上，根据工区内地层的Vp层速度剖面，建立一个大致符合实际的吸收衰减模型，从而研究高频反射信息到底被衰减到什么程度，进而研究提高分辨率的具体对策。29第二十九页，共三十八页，2022年，8月28日五、高分辨率采集、处理要求及原则提高分辨率的基本概念1．要提高勘探精度必须在提高信噪比的同时，努力提高分辨率。2．频带愈宽分辨率愈高，零相位子波分辨率最高。3．分辨率与频宽成正比这句话虽然不错，但是并不能光看频宽数值愈大愈好，还要注意不要丢掉低频成分。4．不同的频率成分有不同的用处，缺了那一部分都不成。5．对于查明地下5m到30m厚度的砂层来说，最重要的频段是10—160Hz。6．对于查明大套灰岩顶部的台阶状波阻抗的情况来说，需要一个很宽的频带。7．信噪比是分辨率的基础，分辨率是由信噪比所定义的。8．带通滤波和反褶积不能改变每一个频率成分的信噪比例，但能改变视觉信噪比与视觉分辨率。9．我们应该“扬长避短”，尽量扩展有效频宽。第三十页，共三十八页，2022年，8月28日对采集方面的要求影响高频端频谱展不宽的原因（在采集方面）有：1．野外高频干扰相对太强是我们的主要障碍，今后应埋好检波器，并加强小面积的小组内距组合，此外要以高频回放记录来作质量控制检查。2．大地吸收作用使高频损失太大，经验公式Q＝14vp2.2，吸收量＝-27.3f／Q-1T(dB)地震仪器的瞬时动态范围不够大，需要抬升高频，压制低频。3．道内组合时差和静校正的误差造成高频损失严重。高频截止信号fhc＝186/σ（σ为均方时差）4．动校正速度不准也造成高频损失。高频截止信号fhc＝600/ΔTmaxΔTmax为最大炮检距处的总的动校误差（单位：ms）。5．组合效应对高频有效反射信息有压制作用。组合基距大于25m时就严重。6．野外炮点位置不准，井口τ值时间不准等因素也会影响高频信息的获得。第三十一页，共三十八页，2022年，8月28日分辨率的基本概念

1．真分辨率——地震资料本身所达到的分辨率它是由有效频宽所决定的。有效频宽即信噪比>1的频带宽度。（1）首先取决于各频率成分的野外接收原始信噪比。（2）处理过程中尽量拓宽有效频宽。（3）最终体现在偏移剖面上，并转化为各种波阻抗剖面的胖瘦程度（如Seislog，Velog，PIVT，积分地震道)。分辨能力约为半个视周期，分辨厚度为四分之一视波长，这是实实在在地震资料本身达到的分辨率。第三十二页，共三十八页，2022年，8月28日2．视分辨率——追求地震有效频宽以外的分辨率的努力和尝试*Delog（最大似然反褶积）*Ll—NORM（L1模反褶积）*SLIM（地震岩性模拟）*GLI(广义线性反演)*最大熵伯格反褶积*最小熵反褶积*频谱拓宽（用自回归法推低频及最小熵法推高频）等等。以上各种方法可获得有效频宽以外的分辨率，但它们是多解的。你愿意精确到几米都能做到，但只是诸多可能解答中的一个。*高水平的视分辨率是BCI方法（或ROVIM，PARM)，即宽带约束反演。它从井出发，将测井资料详情的垂向分辨率与地震勘探的资料结合起来，取长补短。第三十三页，共三十八页，2022年，8月28日

3．假分辨率——视频率虽高，但没有用处。*色谱划分的假象——一种误解。*双密度显示法——波谷显示更清楚，分辨率没有变。*移展法——错误的办法，分辨率不能人为制造。*滤去30Hz以下的“高频剖面”——失去低频段的剖面，视频率似乎是高了，但频谱反而窄了。第三十四页，共三十八页，2022年，8月28日照顾高频，统一波形，对齐时间，抬信压噪，展宽频带，零炮检距，从井出发，零相位化，争取最大有效频宽。1．照顾高频：在整个处理过程中要照顾高频，分频处理更好。2．统一波形：激发、接收的子波波形要统一，否则胖瘦不一样的波形谈不上时间的对齐。这主要需采用两步法反褶积（作AVO时可用地表一致性反褶积），还有反Q滤波等。千万不要用单道反褶积！3．对齐时间：作好静校正及动校正，要上下一个样点都不错。只有波形一致，时间对齐了，才能使用去噪手段。4．抬信压噪：在不损害信号（尤其是高频信号）的基础上，尽量使用各种去噪手段，来提高各频段中的信噪比。倾角平缓时，尽量使用相邻道信息来抬信压噪。5．展宽频带：要用分频扫描调查各频段在各处理阶段的信噪比的实际情况，并将信噪比大于1（能看到同相轴影子）的频带，通过反褶积或谱白化尽量拉平抬升起来。6．零炮检距：可用多项式拟合t0道，最好用“剔除拟合法”求纵波正入射剖面，或用AVO流程求P波剖面。7．从井出发：对反射系数有色成分作补偿纠正，检查极性，试求子波，正确确定低频分量，作好波阻抗标定工作。8．零相位化：作好子波剩余相位校正。9．阻抗反演：波阻抗反演是高分辨率资料处理的最终表达形式。高分辨率资料处理原则要点第三十五页，共三十八页，2022年，8月28日

高分辨率资料处理参考流程1．解编（如果是气枪振源应加作气枪信号反褶积）。2．球面扩散及吸收补偿，乘以TeBT（B=0.1-0.2）。3．用程序检查炮点偏移，以及统计τ值与井深及初至的关系，纠正错误。4．调查研究：单炮抽查，搞清干扰波类型，以便采取克服干扰的措施；调查激发、接收频谱及能量的稳定性；单炮分频扫描，掌握各频段的原始信噪比。5.作高程、野外静校正，或折射静校。检查静校问题可用共炮检距初至波剖面。要求精度高时加作“地表一致性相位校正”。6．当激发、接收各道振幅相差很大时，应该加作“地表一致性振幅补偿”。7．组合跨距大于25m时，需采用反组合反褶积（τ—p域或空间域）。8．反Q滤波。9．两步法反褶积：第一步在炮集中作；第二步在共检集中作。组合距缩小之后，当面波干扰很强时，应在室内加以压制，可在炮集及共检集中各增加一次三道组合，以克服面波干扰。采用“万能去噪程序”来克服面波当然更好。第三十六页，共三十八页，2022年，8月28日10．速度谱及自动剩余静校正。迭代2—3次。检查初叠剖面。11．倾角较大而构造较复杂时加作DMO