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高分辨率地震勘探

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高分辨率 地震 勘探
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1高分辨率地震勘探一、引言二、 分辨率的基本概念三、 分辨率与信噪比的关系四、地层对高频信号的吸收作用五、 高分辨率采集、处理要求及原则2一、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 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 。380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。4高分辨率系统工程 激发 —— 小药量,小井深可控震源 —— 变频扫描,单车检波 —— 高频检波器(包括涡流式)接收仪器 —— 扩大瞬时动态范闲,高频提升 前置放大 —— 提高低截频排列 —— 缩小道距,缩小组合基距采样率 —— 提高采样率环境 —— 平静的记录环境,避免高频噪音 测量 —— 实测炮点及检波点的坐标(高程) 预处理 —— 作好静校正 大地吸收补偿反褶积 —— 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)& 速度分析,动校正,自动剩余静校正迭代反复,甚至分频处理 拟合 替水乎叠加叠后谱白化或预测反褶积,对反射系数“兰色效应”的校正 子波剩余相位校正 —— 子波零相位化反演成波阻抗或积分地震道解释 —— 层位标定、砂层追踪及厚度推算等等5二、 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。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— 200折合约为 150— 300m) , 压缩成一个振动相位 , 则也往往要长达 50— 80折合约为 75— 120。 两个波严格地可分辨 , 子波的包络互相分开 。时间分辨率):f :地震子波视频率 (主频)厚度分辨率:分辨厚度 如 V = 3000m / s f= 30H z 所以 22上述分辨厚度时,相邻两个雷克子波的过零点互相重合。最小相位子波和混合相位子波可分辨厚度更差。R ei 出: “一个反射波的分辨率的极限是 1/ 4 波长。”3.三种相位特征带通子波的分辨率( 1 )子波的分辨率与频宽有关( 2 )随着频带加宽,子波的连续振动相位数逐渐减少,并且主峰漫漫变窄,变尖锐,即分辨率逐渐变高。( 3 )在相同频带范围的子波中,以零相位子波的分辨率为最高,而实际子波是混合相位的。( 4 )在频带窄的时候,最小相位及混合相位子波与零相位的波形差别不大。但是当频宽在一个倍频程以上时差别就大了。如零相位的 10 — 80 及 10 — 1 6 0 H z 的子波分辨率相当好,一个正峰十分突出,而最小相位子波变成正负相间的一个强头部,后面跟着一串振荡波形,而混合相位子波,表现为一个高频的头部和后面拖着一个低频的长长的尾巴,分辨率就降低了。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 上限称为 则 , 即绝对频宽 : B= 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 。“ 频移过程中子波包络的不变性 。 ” 例如 10— 400—60 但子波振动相位数却不同 。(2)相对频宽, 即 R= f2/倍频程数: f2/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— 40=30 R=4 胖20— 80=60 R=4 瘦 , 分辨率高 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 )通频带的中心频率 定了视频率 或称主频 ) ,即 )(21 12  。主频就是我们眼睛看到的剖面上同相轴的胖瘦程度。因此较宽的频带才能解决分辨率问题。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― 1600― 80 因为前者 缺乏10― 40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 。左:从 3m 到 60m 的 7 个砂层模型的反射系数。 Δ t = 2 m s , v = 3 0 0 0 m / s 。右边是不同频带的子波与反射系数的褶积结果。第 7 条曲线 40 ― 5 0 H z 子波频带太窄,连续振动多,最差。曲线 2 、 3 频带最宽,为 5 ― 1 3 5 H z 及 10 ― 1 6 0 H z ,它们的反射波形都接近反射系数曲线。曲线 6 、 10 为 10 ― 23 及 10 ― 3 3 H z ,频带虽不宽,但定性地可以反映出存在着 7 个砂层。( 1 ) 5 ― 1 3 5 H z 及 10 ― 1 6 0 H z 最好。( 2 ) 10 ― 8 0 H z 也不错,只要砂层是孤立的,就能分辨开。但对 6m 、 3m 砂层描绘得过胖而没有棱角。( 3 ) 10 ― 2 3 H z 及 10 ― 4 0 H z 曲线进一步圆滑,没有棱角,正峰宽度几乎相等,厚度也就成一致的了,同时负峰明显增强, 10 ― 2 3 H z 的曲线连原砂层也似乎变薄了。( 4 ) 40 ― 5 0 H z 曲线更差,看不到与砂层的关系。( 5 ) 20 ― 6 6 H z 及 40 ― 1 6 0 H z 曲线对原砂层反映很差, 40 ― 1 6 0 H z 曲线 ( B = 1 2 0 H z )按分辨率定义来说分辨率很高,但由于缺乏低频,反映 10m 以上砂层的能力很差,此曲线对 21m 至60m 砂层都出现中央波阻抗值下陷。子波的主瓣宽度 (半周期)和砂层的时间厚度相一致时,褶积后,输出振幅达到最强,否则振幅要变弱。显然,被增强的砂层厚度大致为 1 / 4 视波长。 (图 1 7 - 1 9 )Δ H=  v = 30 00m / s )厚度 ( m ) 7 5 3 25 1 6. 2 4 H z) 10 20 30 40 6 0 80 10 0 1 20 160如希望搞清楚厚度为 60m 的砂层, f 1 必须达到 1 0H z ,否则如图 16 中曲线 20 — 66H z ,不能反映出 60m 的砂层,但它可以勉强反映 3 0m 的砂层。又如要正确反映出 6m 的砂层 (包括它的宽度和波阻抗值),则需要 f 2 达到 1 2 0H z ,如图 16 中曲线 3 反映 6m 很好,而曲线 4 即 10 — 80H 度也偏大。在以上七个砂层的模型中,每个砂层几乎是孤立的,这种情况当然比较简单,有时 10 — 30H z 曲线似乎也反映得不错,但是当砂泥岩互层比较复杂时,频宽就十分重要了。40― 50 根本不能反映砂层的存在 , 而 40― 160 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 。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 有噪声下分辨率:通常记录道在中频段( 10— 60噪比较高,小于 10高频 60— 100效频宽: S/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。()([)()()()()(V I S N Ax(f ) 是信号加噪音道,即地震道 x(t) 的振幅谱。)( 频域含信比:)()()()()( 频域含噪比:)(1)( 1)(0  信比比信噪比更合理,因为如果噪声等于零, S/ N 可以等于无穷大。求和号  是从零频率加到fN=t21为 N y qu i 率 ) ,因为算结果不可靠。()(1 R S   公式中累加号是从零加到 其数目为 m 个。A f) 是信号加噪音地震道的归一化振幅谱 (令其最大值为 1 )即)()()(m a x 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 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 反褶积后视觉分辨率提高了。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>把 S 果 么21数缩减量 δ 与品质因素 Q 的关系:Q  δ 和 Q 都表示振动一周的衰减情况, δ 越大,吸收越严重。( 3 )在均匀吸收介质中传播的平面波振幅方程为: )(0 始振幅 r :传播距离 α :吸收系数 W ( t ) :波动函数球面波振幅方程为: )(10α :单位长度距离计算的吸收系数。 δ :一个波长吸收 λ :波长 v :传播速度 f :振动频率( 4 )衰减系数 β (用分贝表示):平面波每走一个波长的振幅衰减分贝数,即:2110l o  (单位 )  Qβ 、 δ 、 Q 都表示波每走一个波长 (或一个周期)的衰减量。  Q、 δ 是无因次量。: d B/ λ α :长度1( 1/ m 或 1/ k m )262.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 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, 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 4)测定频率与 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。273. 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— 300 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 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 地层致密程度往往与纵波传播速度 此在地层吸收 — 8( 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。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 能用它来研究较薄地层的物性及含油性。29( 2) 总的衰减规律是 氏经验公式:式中,纵波速度用 km/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 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。  000(14000(、 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 50重要的频段是 10— 160. 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。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= 收量= f/ 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 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 600/Δ 单位: 。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 256. 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 。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 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 。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*最大似然反褶积 ) **地震岩性模拟 ) *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 或 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 。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 30 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 。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 还有反 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 好用“剔除拟合法”求纵波正入射剖面,或用 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 T  B=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 25采用反组合反褶积( τ— 8. 反 . 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。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 2. 拟合 波剖面 —— 代替水平叠加。“剔除拟合法”效果更好。多次波不严重时可用 波剖面。13.用好去噪手段 取改善高频端的信噪比谱。注意使用合理的相干道数 N。14. 叠后反褶积。作预测反褶积或谱白化,争取最大的有效频宽。事先应重新检查一次分频扫描。掌握实际有效频宽的范围。15.对反射系数有色成分作补偿,使子波频谱进一步白化。16. 剩余相位校正 , 争取子波零相位化 。 选择复合程度较小的波形上开时窗 , 才能取得好效果。17. 偏移:注意用正确的偏移速度。使用 8.波阻抗反演或积分地震道。[注 ]:海上资料不需做两步法反褶积,但应采用统计反褶积。地震剖面的好坏标准1. 信噪比方面 —— 掌握好对噪音压制的分寸。* 压而不死 没有明显的蚯蚓化或炕席现象 。* 活而不乱 没有明显的麻麻点随机干扰及下雨状的斜纹干扰。2. 分辨率方面 —— 争取最大的有效频宽。* 一看主频 主频太低是处理不当的表现。* 二数相位 连续振动相位多的剖面是有效频宽太窄的表现,数一数剖面上大多数强波的连续相位数。* 波形活跃 应该有强有弱、有胖有瘦、有宽有窄、有黑有白。一样胖瘦,强弱不分,波形呆板的剖面是分辨率不高的表现。3. 保真度方面 —— 注意不要强调过头 。* 相对保幅 除了作 要求不改变有效波的相对强弱关系。否则往往自麻烦。4. 偏移及显示方面* 偏移到位 偏移速度是关键,应改变用叠加速度乘百分比的老习惯。* 显示适中 不要显示成一片黑,满篇是轴。一般以三分之二同相轴的波峰能够互相连接起来为合适。5. 地质效果方面 —— 较难评判,但可作为参考标准 。* 断尖清晰 断层与尖灭等地质现象清晰。* 用户认可 经解释人员反馈,认可。
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