地震勘探原理-解释理论基础课件

地震勘探原理——解释理论基础地震资料解释的主要内容和作用地震资料解释的发展历程地震资料解释的基本方法概述1、地震资料解释的主要内容和作用内容：根据地震资料确定地下构造形态和岩性特征构造解释岩性解释运动学动力学勘探技术链条中的位置：地震资料解释是地震勘探系统工程的最终环节1、地震资料解释的主要内容和作用采集处理解释1、地震资料解释的主要内容和作用特点：综合性、实践性、艺术性、多解性、重要性HSTTSTHSTTSTHST2、地震资料解释的发展历程六十年代之前主要采用光点地震记录仪，地震资料是一条条分开的单道地震记录，只能记录较浅部地层的很强界面的反射波，故地震资料解释仅能进行常规构造编图。六十年代以模拟地震记录仪为主，并采用了多次复盖观测系统，地震资料为地震时间剖面，资料质量有了提高，勘探深度增大，一些较弱的界面也能反映出来，且可以获得速度信息。故除进行常规构造编图外还开始了地质体识别及岩性识别的探讨。2、地震资料解释的发展历程七十年代以数字地震仪为主，资料质量显著提高，并可以获得丰富的各种参数，产生了地震地层学、岩性地震学、烃类检测技术和储层参数估计技术。八十年代高分辨率地震勘探技术、交互式人机联作解释技术和地震反演技术取得重大进展，地震与地质结合得更为紧密，学科朝宏观和微观发展，分别产生了层序地层学和储层地震学，走向综合。2、地震资料解释的发展历程近十年来采集、处理解释一体化、全三维解释、虚拟现实技术，使地震解释技术更加复杂、深入、有效。更广泛地应用于油气勘探、油藏描述和油田开发过程中，也对地震解释人员提出了更高的要求。3、地震资料解释的基本方法点——线——面——体井井第一章地震资料解释的理论基础1地震剖面的特点2地震绕射波和物理地震学3地震勘探的分辨能力4地震剖面的偏移5弯曲界面反射波的特点1.1地震剖面的特点1.1.1地质层位与反射同相轴的关系为什么并非每一个地质界面都对应一个反射同相轴？1.1地震剖面的特点地震子波在向下传播过程中，遇到波阻抗界面就会发生反射和透射反射波在振幅（反射系数绝对值）、极性（反射系数的正负）、到达时（深度、速度）1.1地震剖面的特点当岩层厚度较厚，也就是t时，同一接收点收到的来自反射界面R1何R2的两个反射点可以分开1.1地震剖面的特点当岩层厚度较薄，也就是t时，同一接收点收到的来自反射界面R1何R2的两个反射点不可以分开，波形相互叠加，形成了复波。1.1地震剖面的特点1.1.2地震记录的形成地震子波：爆炸时产生的尖脉冲，在爆炸点附近的介质中以冲击波的形式传播，当传播到一定的距离时，波形逐渐稳定，我们称这时的地震波为地震子波。时间、极性、强度可分辨、不可分辨单波、复波、波组如果某一地区的地层和岩性相对稳定，则地震记录上的波组特征（振幅的差别、到达时的差别），也应当相对稳定，在地震记录上的反射波也有一些相对稳定的性质，这就是地震记录面貌形成的过程，同时也说明地震记录上的波组和地下岩层界面之间既有联系又有差别的关系。1.1地震剖面的特点1.1.2地震记录的形成1.1地震剖面的特点1.1.2地震记录的形成褶积模型：设地震子波是w(t)，各个地层界面的反射系数随界面双程垂直的变化用R(t)表示，那么在一定假设条件下可反射时间t得出反射地震记录s(t)与w(t)和R(t)的关系是：

s(t)=w(t)*R(t)1、褶积模型的数理意义2、褶积模型的假设和局限3、褶积模型的应用1.1.2地震记录的形成1.1地震剖面的特点褶积模型在地震勘探中的应用已知w(t)和r(t)求s(t)，称之为正演已知s(t)和w(t)求r(t)称之为反演已知s(t)和r(t)求w(t)，称之为子波处理1.1地震剖面的特点1.1.3层位解释和波的对比在地震时间剖面上反射层位表现为同相轴（相同相位波峰或波谷的连线）的形式，所以在时间剖面上，反射波的追踪实际上就变为同相轴的对比。根据反射波的一些特征来识别和追踪同一反射界面反射波的工作，叫做波的对比。来自同一界面的反射波，直接受该界面埋藏深度、岩性、产状及覆盖层等因素的影响如果上述这些因素在一定的范围内变化不大，具有相对的稳定性，就会使得同一反射波在相邻地震道上反映出相似的特点1.1地震剖面的特点1.1.3层位解释和波的对比1.1地震剖面的特点1.1.3层位解释和波的对比地震剖面上有效波的标志同相性振幅显著增强波形相似特征时差变化规律1.1地震剖面的特点1.1.4水平叠加剖面的特点1.1地震剖面的特点1.1.4水平叠加剖面的特点1）自激自收、并非地震道铅垂方向的地质剖面地质剖面反映沿测线铅锤剖面上的地质情况，而时间剖面得到的是来自三维空间的地震反射层的法线反射时，并且显示在记录点正下方。1.1地震剖面的特点1.1.4水平叠加剖面的特点实际的地质构造更复杂，因为都是三维的，地下各层的倾向、倾角都可能不同，时间剖面上的资料并不是来自同一个射线平面，而是把来自几个不同的射线平面的资料硬压缩在同一个平面上1.1地震剖面的特点1.1.4水平叠加剖面的特点2）在构造复杂地区，水平叠加剖面上会出现各种异常波（绕射、回转等），其同相轴的形态与地质剖面完全不同，不能直接用于地质解释。偏移剖面叠加剖面地质剖面1.1地震剖面的特点1.1.4水平叠加剖面的特点3）地质分层与反射同相轴并非一一对应4）地质剖面在深度域表示，而叠加剖面在时间域显示1.1地震剖面的特点1.1.4水平叠加剖面的特点5）反射同相轴的性质与界面两侧的岩性有关，并非对应某一地层，只有通过波阻抗反演，才能将界面信息转换为地层信息。地震剖面上的反射波是多个地层分界面上的振幅有大小、极性有正负、到达时间有先后的反射子波的叠加、复合的结果。而复合子波的形成取决于地下地层结构的稳定性，如薄层厚度、岩性、砂泥比等。1.2.1绕射波的产生1.2地震绕射波和物理地震学1.2地震绕射波和物理地震学1.2.1绕射波的产生

地震波在传播过程中，遇到地层和岩性的突变点，如断层、不整合面的突起点，这些突变点成为新震源，发出球面子波向四周传播，这种波动在地震勘探中称为绕射波1.2地震绕射波和物理地震学1.2.2断棱绕射波的主要特点1、绕射波时距曲线也是双曲线2、极小点在绕射点正上方，其形态与炮点位置无关3、绕射波时距曲线与反射波时距曲线在M点相切O*1.2地震绕射波和物理地震学1.2.2断棱绕射波的主要特点测线不一定与段棱垂直，此时的断棱绕射波时距曲线的特点就同测线方向与段棱走向之间的夹角有关。1.2地震绕射波和物理地震学1.2.3水平叠加剖面上绕射波的叠加效果思路：不管反射波还是绕射波，都按水平界面反射波时距曲线进行动校正，再进行水平叠加，这种作法能否保证绕射波也能同相叠加？动校正前后绕射波时距曲线一次覆盖剖面上反射波和绕射波同相轴与自激自收有没有误差？在R点和O点没有误差1.2地震绕射波和物理地震学1.2.3水平叠加剖面上绕射波的叠加效果1.2地震绕射波和物理地震学1.2.3水平叠加剖面上绕射波的叠加效果炮检距(米)绕射波旅行时（秒）反射波旅行时（秒）动校正绕射旅行时（秒）动校正绕射波剩余时差6001.06151.0441.01752.4Ms10001.13201.1181.01405.8Ms14001.23101.221.01107.8MsM点绕射波自激自收时间1.0198秒深度：1000米速度：2000米/秒中心点偏离绕射点：200米炮检距：600、1000、1400米多次覆盖水平叠加不仅能够增强反射波、也能够增强绕射波

震源发出的波传到界面之后，界面上各点以新的二次震源向各个方向发出球面波…1.2地震绕射波和物理地震学1.2.4物理地震学的概念和广义绕射物理地震学：地震勘探的基本理论包括几何地震学和波动地震学。介于两者之间的即为物理地震学。它是波动地震学中波动方程Kirchhoff积分解的一个特殊形式——衍射积分公式的应用1）地震波是一个波动，并非简单的射线传播。2）绕射波是最基本的，反射波只是反射界面上所有小面元产生绕射波的集合，这种绕射称为广义绕射。2）几何地震学和物理地震学并不矛盾，应用范围取决于勘探目标的大小。1.2地震绕射波和物理地震学1.2.4物理地震学的概念和广义绕射反射波可以看作广义绕射波的集合1.2地震绕射波和物理地震学1.2.4物理地震学的概念和广义绕射1）几何的点和线不能产生绕射波2）短反射段的时距曲线与点绕射相近，但是与点绕射有本质区别400能量在正上方最强，离开正上方400米时，能量减小为最强振幅的一半3）长反射段1.2地震绕射波和物理地震学1.2.3物理地震学的概念和广义绕射长反射段的反射波和绕射波1）绕射的左右半支相位相差180º，2）断点位置的振幅为正常振幅的一半，3）层断波不断，绕射波相连1.2地震绕射波和物理地震学1.2.4物理地震学的概念和广义绕射4）多次叠加剖面上的长反射段绕射波负半支被干涉很难观测，一个主体，两个尾巴绕射波广泛发育，只要反射面发生突变，就会产生绕射波1.2地震绕射波和物理地震学1.2.4物理地震学的概念和广义绕射4）绕射波广泛发育只要反射面发生突变，就会产生绕射波1.2地震绕射波和物理地震学1.2.5不同情况下的点绕射时距曲线方程及其特点

以炮点和检波点坐标为变量的点绕射时距曲线方程：以炮点和检波点坐标表示的双平方根方程、胡夫金字塔1.2地震绕射波和物理地震学1.2.5不同情况下的点绕射时距曲线方程及其特点以炮点和检波点坐标表示的双平方根方程1)共炮点时距曲线方程双曲线、激发点位置不影响其形态，曲线沿时间轴平移2)共检波点时距曲线方程双曲线1.2地震绕射波和物理地震学1.2.5不同情况下的点绕射时距曲线方程及其特点以炮点和检波点坐标表示的双平方根方程坐标变换：以中点和炮检距坐标表示的双平方根方程1.2地震绕射波和物理地震学1.2.5不同情况下的点绕射时距曲线方程及其特点以中点和炮检距坐标表示的双平方根方程3)共中心点时距曲线方程：不再是双曲线1.2地震绕射波和物理地震学1.2.5不同情况下的点绕射时距曲线方程及其特点以中点和炮检距坐标表示的双平方根方程3)共炮检距时距曲线方程：不是双曲线只有当炮检距为零时，才是双曲线方程1.3地震勘探的分辨能力1.3.1分辨能力及其含义垂向分辨率：地震记录沿垂直方向能分辨的最薄地层的厚度。横向分辨率：地震记录沿水平方向能分辨的最小地质体的尺度。

解释人员应该对所使用地震资料能分辨多大的地质体，多厚的地层做到心中有数，提高解释精度，避免解释假象分辨率问题是地震勘探最为核心的问题1.3地震勘探的分辨能力1.3.2垂向分辨能力

若子波的延续时间大于地层的双程旅行时间，则薄层难于分辨1）若子波的延续时间是一个是周期2）若子波的延续时间是两个是周期3）若子波的延续时间是一个三是周期注意：由于实际情况并不要求完全分辨薄层的顶底界面，因此，实际情况要乐观一些，最理想的情况是厚度要大于四分之一波长1.3地震勘探的分辨能力1.3.2垂向分辨能力影响地震记录分辨率的主要因素1）激发条件——激发宽频带子波——井深、药量、激发岩性、虚反射、激发组合2）接收条件——检波器类型、地表岩性、检波器耦合、组合方式、仪器响应3）近地表低降速带的影响4）大地滤波作用、地层速度为什么横波勘探具有更高的分辨率？为什么提高深层勘探的分辨率困难的多？关键是解决的矛盾1.3地震勘探的分辨能力1.3.2垂向分辨能力反褶积是地震资料处理提高分辨率的主要方法反褶积前（上）、后（下）对比1.3地震勘探的分辨能力1.3.3水平方向的分辨能力岩性异常体绕射是物理地震学的基本观点地面自激自收的能量不完全来自于其界面的正下方，而是来自于界面上某一范围的所有面元，由此产生了横向分辨率问题1.3地震勘探的分辨能力1.3.3水平方向的分辨能力在O点自激自收，到达O点最快的是来自界面上O‘点的绕射子波。界面上在O’点的两侧的绕射子波到达O点时间要依次晚些，离开O’点一定距离的点，若它产生的绕射波与O‘产生的绕射波到达O点的时差达到半个周期，就不能起相互加强的作用了。菲涅尔带：若在界面上O’点两侧的C、C’点产生的绕射子波与O‘点产生的绕射子波到达O点的时差为T/2，则认为C、C’以内的点产生的绕射子波在O点是加强的。C、C‘点以外产生的绕射波在O点不再互相加强，我们把以O‘点为圆心，O’C’为半径的范围叫第一菲涅尔带1.3地震勘探的分辨能力1.3.3水平方向的分辨能力菲涅尔带

提高横向分辨率的核心是减小菲涅尔带的大小，那么，如何减小菲涅尔带？

菲涅尔带的极限是多少？1.3地震勘探的分辨能力1.3.3水平方向的分辨能力不同深度的波场，其菲涅尔带的大小不同1.3地震勘探的分辨能力1.3.3水平方向的分辨能力偏移是提高地震勘探横向分辨率的根本方法1.3地震勘探的分辨能力1.3.3水平方向的分辨能力偏移是提高地震勘探横向分辨率的根本方法1.3地震勘探的分辨能力1.3.4地震子波与分辨能力的关系——主频、频宽、倍频程65-75-85-95Hz——主频80Hz5-15-85-95Hz——主频50Hz

子波的分辨率决定于子波的频带宽度，即相位数一定（相对频宽一定）时，主频越高，子波的延续时间越短，分辨率越高1.3地震勘探的分辨能力1.3.4地震子波与分辨能力的关系——主频、频宽、倍频程

子波的分辨率决定于子波的频带宽度，即相位数一定（相对频宽一定）时，主频越高，子波的延续时间越短，分辨率越高5－10－20－25（主频15、频宽10）35－40－80－85（主频60、频宽40）1.3地震勘探的分辨能力1.3.4地震子波与分辨能力的关系——主频、频宽、倍频程25－35－55－65（主频45、频宽20）5－15－35－45（主频25、频宽20）频宽相同，子波的有效长度相同

带宽不变，主频增加，子波的有效长度不变，不能提高分辨率，容易产生分辨率假象25-30-40-45比较两张地震剖面的分辨率1.3地震勘探的分辨能力1.3.4地震子波与分辨能力的关系——主频、频宽、倍频程

带宽不变，主频增加，子波的有效长度不变，不能提高分辨率，容易产生分辨率假象5－10－20－25（主频15、频宽10）45－50－60－65（主频55、频宽10）35－40－80－85（主频65、频宽40）35－40－80－85（主频55、频宽40）1.3地震勘探的分辨能力1.3.4地震子波与分辨能力的关系——主频、频宽、倍频程主频一定、倍频程越大，分辨率越高1.3地震勘探的分辨能力1.3.4地震子波与分辨能力的关系——主频、频宽、倍频程1）子波的频带不变，增加子波的主频，不能提高分辨率；2）子波的主频增加，带宽增加或减小，则分辨率增加或减小；3）带宽不变，若主频增加或减小，则倍频程减小或增加，则相位数增加或减小，分辨率不会增加；倍频程不变，则相位数不变，如主频增加或减小，则带宽亦增加或减小，使得分辨率随之增加或减小。1.3地震勘探的分辨能力1.3.4地震子波与分辨能力的关系——主频、频宽、倍频程子波的绝对带宽：B=f2-f1子波的相对带宽:R=f2/f1振幅谱的绝对宽度越大，则子波延迟时间越短，即分辨率越高；振幅振幅谱的绝对宽度不变，则不论主频如何变化，分辨率不变；振幅谱绝对宽度不变，则主频越高，相对宽度越小，分辨率与主频无关；振幅谱相对宽度不变，则子波的相位数不变，此时主频越高，绝对宽度越大，分辨率也越高；由此可见，决定分辨率高低的是振幅谱的绝对宽度，而相对宽度决定子波的相位数，与分辨率没有直接的关系。1.3地震勘探的分辨能力1.3.4地震子波与分辨能力的关系——相位特征对分辨率影响零相位最小相位45相位5－15－50－6090相位270相位子波的相位特征是一个容易被忽略的影响分辨率的关键要素零相位最小相位零相位子波的分辨率最好，其优点表现为：1）零相位子波的旁瓣比最小相位子波的旁瓣小；2）反射位置对应零相位子波的峰值，而对应最小相位子波的起跳点；1.3地震勘探的分辨能力1.3.4地震子波与分辨能力的关系——相位特征对分辨率影响1.3地震勘探的分辨能力1.3.4地震子波与分辨能力的关系——相位特征对分辨率影响1.3地震勘探的分辨能力1.3.5分辨能力与最高信号频率的关系1）垂向分辨率对信号最高频率的要求即对于雷克子波：对于子波：则：若v=2600m/s；层厚为40m，则：若v=2600m/s；层厚为10m，则：若v=2600m/s；层厚为5m，则：若v=2600m/s；层厚为20m，则：1.3地震勘探的分辨能力1.3.5分辨能力与最高信号频率的关系2）水平分辨率对信号最高频率的要求偏移前：则：若：v=2600m/s,h=3300m,L=300m,则：偏移后：若：v=2600m/s,h=3300m,L=300m,则：若：v=2600m/s,h=3300m,L=14m,则：1.3地震勘探的分辨能力1.3.6分辨率与信噪比的矛盾1.3地震勘探的分辨能力1.3.6分辨率与信噪比的矛盾提高分辨率前提高分辨率后1.4反射界面真正空间位置的确定1.4.1叠加地震剖面存在的问题及其解决途径地震测线问题：射线平面垂直于反射界面，不垂直于地面解决途径：1）利用公式换算（本节）2）三维偏移3）在作图时进行空间校正（8－5节）1.4反射界面真正空间位置的确定1.4.2真倾角、视倾角、测线方向之间关系真倾角：视倾角：方位角：1）真倾角、视倾角、测线方向之间的关系1.4反射界面真正空间位置的确定1.4.2法线深度、真深度（钻井深度、铅直深度）、视铅直深度之间的关系法线深度：垂直于界面真深度：垂直于地面视铅直深度：在射线平面内，垂直于测线三角形三角形1.4反射界面真正空间位置的确定1.4.2法线深度、真深度（钻井深度、铅直深度）、视铅直深度之间的关系如何在时间剖面上根据同相轴的斜率计算界面的视倾角1.4反射界面真正空间位置的确定1.4.2法线深度、真深度（钻井深度、铅直深度）、视铅直深度之间的关系如何根据两条相交测线的视倾角，计算界面的真倾角测线1测线2界面倾向1、作图法2、若两条测线正交，则1.5地震剖面的偏移1、水平叠加存在的问题——为什么要进行偏移处理？2、偏移的基本原理（延拓和成像）——如何进行偏移处理？3、偏移方法和类型射线理论、波动理论叠后偏移、叠前偏移、等效叠前偏移（DMO）二维偏移、三维偏移时间偏移、深度偏移1.5地震剖面的偏移1.5.1水平叠加存在的问题

1）共中心点、非共反射点叠加，降低了横向分辨率2）绕射波没有收敛，菲涅尔带的干涉，回转波没有归位1.5地震剖面的偏移1.5.1水平叠加存在的问题

3）地层倾斜时，反射点位置偏离了共中心点的正下方1.5地震剖面的偏移1.5.1水平叠加存在的问题

塔里木盆地轮南地区碳酸盐缝洞储层地质模型1.5地震剖面的偏移1.5.2射线理论偏移的基本原理

1）偏移脉冲响应1.5地震剖面的偏移1.5.2射线理论偏移的基本原理

2）圆弧叠加法

偏移之后：倾角变大、长度缩短1.5地震剖面的偏移1.5.2射线理论偏移的基本原理

3）绕射扫描叠加法

由成像点的位置和速度决定了叠加剖面上绕射双曲线的轨迹，沿双曲线轨迹求和的振幅作为成像点的振幅。下图：偏移剖面上绕射点上图：点在叠加剖面上的绕射双曲线1.5地震剖面的偏移1.5.2射线理论偏移的基本原理

1.5地震剖面的偏移1.5.2射线理论偏移的基本原理

1.5地震剖面的偏移1.5.2射线理论偏移的基本原理

4）叠加剖面上的倾角与偏移剖面上倾角之间的关系：

1.5地震剖面的偏移1.5.3波动方程偏移基本原理优点：1）保持地震波的动力学特征；2）适应复杂构造的偏移1）保持地震波的动力学特征——岩性解释2）适应复杂构造的偏移——无需射线追踪泊松比1.5地震剖面的偏移1.5.3波动方程偏移基本原理1.5地震剖面的偏移1.5.3波动方程偏移基本原理波场延拓——由一个深度的波场计算另一深度的波场1.5地震剖面的偏移1.5.3波动方程偏移基本原理2）成像——确定某一深度的波场值——爆炸反射界面成像原理1.5地震剖面的偏移1.5.3波动方程偏移基本原理——模型实例1.5地震剖面的偏移1.5.4叠前偏移叠后偏移的质量依赖于叠加剖面质量，而构造复杂时，现有理论无法保证叠加质量。1.5地震剖面的偏移1.5.4叠前偏移——实例（华北）华北油田永清—固安叠后（左）、叠前（右）偏移对比1.5地震剖面的偏移1.5.4叠前偏移——实例（冀东）冀东油田叠后（下）、叠前（上）偏移对比1.5地震剖面的偏移1.5.4叠前偏移——实例（塔里木）叠前偏移资料潜山内幕溶洞成像能量集中、平面规律明显塔里木油田轮南地区叠后（下）、叠前（上）偏移对比1.5地震剖面的偏移1.5.5叠前部分偏移（倾角时差校正DMO）1）克服NMO的倾角滤波效应2）增强绕射信息3）效率与效果的最佳折中在常速介质中，NMO+DMO+POSTMIG=PREMIG1.5地震剖面的偏移1.5.5叠前部分偏移（倾角时差校正DMO）Cheop’spyramid（胡夫金字塔）锥面经NMO、DMO后的变换正常时差校正倾角时差校正反射波旅行时的构成：中心点的自己自收时间、与炮检距有关的部分（正常时差）、与倾角有关的部分（倾角时差）1.5地震剖面的偏移1.5.5叠前部分偏移（倾角时差校正DMO）大港油田刘官庄地区NMO叠加（左）、与DMO叠加（右）对比1.5地震剖面的偏移1.5.6二维偏移与三维偏移二维偏移无法保证侧面波归位1.5地震剖面的偏移1.5.6二维偏移与三维偏移三维偏移得到地下构造的真实形态1.5地震剖面的偏移1.5.6二维偏移与三维偏移二维偏移（左）、与三维偏移（右）效果对比（大港油田资料）1.5地震剖面的偏移1.5.6二维偏移与三维偏移二维偏移（左）、与三维偏移（右）效果对比（大港油田资料）1.5地震剖面的偏移1.5.6二维偏移与三维偏移三维两步法偏移与三维一步法偏移在常速介质中，两者等价