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第六章 地震资料处理

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第六 地震 资料 处理
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第六章 地震数据处理方法第一节 地震数据处理概述第二节 地震记录的形成及显示第三节 数据处理流程分析第四节 地震波的速度及速度分析第五节 偏移归位第一节 地震数据处理概述一、地震数据处理的一般概念地震数据处理方法是研究如何对地震勘探野外资料利用 数字计算机 进行 处理 ,以获得有关 地下构造和地层性质的信息 ,有效地寻找石油和天然气等矿藏的一个学科。 出现于 二十世纪二十年代初期 :光点记录和模拟记录 ,发展较慢 。利用反射时间推断构造形态 。 主要包括:滤波 、 反滤波 、动静校正 二十世纪六十年代 :数字记录 , 数字时代 , 发展迅速 。野外采集发展了多次覆盖技术 , 出现了水平叠加和偏移叠加技术 。 二十世纪七十年代 :开始寻找岩性油气藏反滤波 、 偏移成像技术有了较大发展 , 出现了波动方程偏移技术 、 “ 亮点 ” 技术 、 声阻抗反演技术 、 复地震道技术( 三瞬 ) 。 二十世纪八十年代后 : “ 三高 ” :高信噪比 、 高分辨率和高保真度 。 三维地震处理技术 、 垂直地震剖面处理技术 、 多波多分量处理技术 、 广义线性反演和非线性反演技术 、 井间地震处理技术 、 分形技术 、 神经网络预测技术 、小波变换技术 、 和四维地震处理技术等 。地表一致性静校正 、 地表一致性反褶积 、 和共反射面和超级面元叠加等技术仍在发展中 。 二十一世纪后 , 地震处理会有广阔的发展空间和前景 。二 、 地震处理的目的和意义地震处理的基本目标可归纳为 “ 三高一准 ” , 即高信噪比 、 高分辨率 、 高保真度 和 准确成像 。– 处理结果直接影响解释的正确性和精确度 。– 高质量处理成果可直接用于油气储层预测和烃类检测 。主要处理技术:反褶积 、 叠加和偏移成像资料采集 资料处理 资料解释 地质成果修改处理方案桥梁无障碍物地区激发,无障碍物地区接收,激发药量为 6录反射波能量强,同相轴连续性好无障碍物地区激发,部分排列过障碍,激发药量为 6障碍物接收,道信号弱,同相轴不清,连续性差— 提高地震资料的信噪比其实质就是想方设法压制或剔除各种干扰信息,突出有效信息,具体方法概括起来有:(1)野外采集方面,主要是组合和多次覆盖。组合(包括组合检波和组合激发)主要是通过压制面波等规则干扰波来提高信噪比;多次覆盖技术是在野外采用多次观测,室内进行水平叠加,主要通过对多次波的压制作用来提高记录的信噪比。总之,严格把握野外施工进程和施工质量是提高信噪比的关键。(2)数字处理方面,主要以各种滤波方法为主,如频率域滤波、相干滤波、中值滤波等等。此外,还有各种变换方法。提高分辨率 —— 随着油气工程的深入发展 , 对地震资料在储层预测和油藏特征描述等方面的要求也越来越高 , 最令人关注的是提高地震资料的分辨率 。 高分辨率地震勘探是一个系统工程 , 它包括高分辨率地震采集 、 资料处理和解释应用三大部分 , 三者紧密相连 , 缺一不可 。 就地震资料数字处理而言 , 经多年的努力 , 已有多种提高地震资料分辨率的处理方法 , 例如 , 展宽有效波频带的方法:谱白化 、 蓝色滤波等等;压缩地震子波延续时间的方法:反褶积 、 反 井约束反演等 。提高保真度 —— 保真度是指经数字处理后的地震剖面或数据体与地下实际地质情况的吻合程度 ,提高保真度就是提高这种吻合程度的一切努力或尝试 。 主要包括以下内容:( 1) 正演模拟过程中的模型设计 。 获取给定地质模型的地震响应的过程就是正演过程 , 其间地质模型的设计就涉及保真度的问题 , 提高这方面的保真度 , 应该尽量多的搜集各种相关资料 , 综合分析后设计出与实际地质情况相一致的正演模型 。( 2) 地震剖面与地质剖面的一致性 。 这是地震资料处理人员所追求的目标 , 常规处理中的动 、 静校正 , 水平叠加 , 偏移等就是追求两者完全一致的努力和尝试 。( 3) 地震波动力学特征的保真度 。 地震波动力学特征包括振幅 、 频率 、 相位 、 波形 、 极化特点 、吸收衰减特性等 。 准确反演上述特征参数对储层横向预测 、 油藏特征描述等大有益处 。 真振幅恢复 、地震属性分析等都应考虑其保真度 。准确成像 —— 地震成像主要包括两方面内容:其一是确定反射点的空间位置 , 其二是恢复反射波的波形和振幅特征 。 地震成像的具体实现方法是地震偏移 。 就地震偏移而言 , 准确成像则是使经过偏移处理后的地震剖面或数据体与地下实际情况具有最佳吻合 。 目前 , 解决构造复杂 、 横向速度变化剧烈地区的地震偏移正确成像的最佳方法就是叠前深度偏移 。反褶积 、 叠加和偏移成像对地震数据的作用:反褶积: 沿时间坐标轴作用,通过压缩地震子波提高地震时间分辨率。叠加: 沿偏移距坐标轴作用,把非零偏移距的数据体压缩成一个零偏移距的时间平面(对 从而压制噪声以提高信噪比。偏移成像: 空间反褶积过程,能改善空间分辨率和保真度。通过对叠后资料沿中心点轴作偏移,使倾斜同相轴归位、绕射波收敛,从而实现反射界面的空间归位和恢复波场特征和反射率 。反褶积偏移中心点时间– 预处理:将野外采集数据转换成适合计算机处理的格式,并对数据作相应编辑和校正。– 常规处理:对地震数据作基本处理运算,包括反褶积、叠加和偏移三大技术 ;– 特殊处理(目标处理):针对不同目的采用的特殊处理手段。如波阻抗反演、三瞬剖面、相干体处理、时频分析技术等三、地震处理的三个阶段(一) 地震记录的褶积模型 1. 理想模型 设震源脉冲为)( ,假定无吸收、透射和多次反射等因素影响,无随机干扰,则理想的输出: )()(*)()(  式中 )( t 为反射系数(反射率函数)。 理想模型 tx(t)第二节 地震记录的形成及显示 一、地震记录的形成反射系数序列与实际地震记录的频谱比较频带范围有限(带限)频谱很宽(白谱 )反射系数剖面与地震剖面的比较反射系数剖面地震剖面2. 实际模型实际地震记录 x(t)由有效波 s(t)和干扰波 n(t)组成:)()()( (1) 地震子波 b(t)其中: o(t)为震源子波 , g(t)为地层响应τ(t)为透射响应 , d(t)为地面接收响应i(t)为仪器响应( ) ( ) * ( )( ) ( ) * ( )t g t tf t d t i t为 大 地 滤 波 器为 接 收 滤 波 器)(*)(*)()(*)(*)(*)(*)()( 对反射地震勘探而言 , 除一次反射波以外的一切波都是干扰波 , 一次反射波可用以下褶积模型表示:)()(*)()(  褶积模型 理想模型实际模型S(t)地震记录形成的褶积模型*反射系数地震子波第一层反射波= + =第二层反射波 地震记录无噪声时的褶积模型(2) 干扰 n(t)n0(t): 非激发干扰n1(t) :背景噪声N(t): 规则 ( 相干 ) 干扰)()()()( 10 规则干扰波 N(t)的分类:( 1 ) 与地质结构有关:多次波 、 转换波 、 断面波 、 绕射波 、 伴随波 、 折射波 、 瑞利波 、 勒夫波和斯通利波等 , 这类波在特定的条件下可转化为有效波;( 2 ) 与地质结构无关:水中鸣震 、 气泡效应 、地表及海面散射等 。有噪声时的褶积模型(二)地震剖面的数学模型 — 射线理论二维情况下可根据给定的地质模型,利用射线理论得到自激自收地震剖面。有多种实现方法,如褶积模型的逐道循环法等。(三)地震剖面的数学模型 — 波动理论二维情况下也可根据给定的地质模型,利用波动理论得到自激自收地震剖面。有多种实现方法,如波动方程的有限差分法、克希霍夫积分法、频率波数域法等。(四)地震记录面貌形成的物理模型这是利用一定的物理设备,模仿野外的激发和接收方式,对采集的模拟记录进行一系列的处理,得到用于理论研究的地震剖面或地震数据体。二 、 地震记录的显示方式( 1)波形显示;( 2)变面积显示;( 3)波形 +变面积显示;( 4)变密度显示第三节 数据处理流程分析 地震处理流程的设计:– 针对处理的数据,选择一系列适当的处理步骤;– 对每一步骤选择恰当的参数;– 评价每一处理步骤的输出结果、分析任何由于不合适参数引起的问题。目前另一发展趋势是处理解释一体化最基本的处理流程:输入  预处理  滤波  反褶积 速度分析  动 、 静校正  叠加  偏移 输出野外地震数据解编编辑、切除振幅恢复抽道集反褶积、滤波动、静校正共深度点迭加偏移处理修饰性处理显示预处理输入 基本处理流程输出最基本的处理流程:一、 预处理预处理是指数据处理前的一项准备工作,也是数据处理的一项基础工作。一般来说,预处理可定义为把野外采集的数据磁带转换成处理系统所能接受的共中心点( 集带所涉及的全部处理过程。预处理一般包括 数据解编、格式转换、编辑、切除、几何扩散校正、振幅加工、建立野外观测系统、抽道集、和野外静校正等 。数据解编: 把按时分道的数据记录方式变换成按道分时的数据记录方式(共炮点记录)。道编辑: 删除噪音道、带有瞬变噪音的道、单频信号道;改正极性反转的道。切除(初至切除、动校正拉伸切除) 对记录中不希望保留的部分进行充零处理 。几何扩散校正: 通过给数据加一增益恢复函数以校正波前(球面)扩散对振幅的影响。振幅加工(增益恢复和振幅控制) :增益恢复:将地震仪记录到的振幅恢复为检波器接收到的振幅。振幅控制:由计算机实现自动控制深浅层及相邻道的振幅值。建立野外观测系统 : 把所有道的炮点和接收点位置坐标等测量信息都储存于道头中以保证各道的正确叠加 。野外静校正 : 对陆上资料,把所有炮点和接收点位置均校正到一个公共基准面上以消除高程、低降速带和井深对旅行时的影响。抽道集: 把野外地震记录道根据需要按一定的规律重新排列。抽道集有四种:①共炮点道集 深度点道集 中心点道集 ③共接收点道集 炮检距道集观测系统示意图二、常规处理主要包括滤波、反褶积、道均衡、共中心点道集、速度分析、剩余静校正、动校正、切除、叠加和偏移等。— 利用有效波与干扰波在频率 、 传播方向 、 速度以及能量等方面的差异进行干扰波压制或消除 , 从而突出有效波的数字处理方法称为数字滤波 。 数字滤波是对离散取样的地震信息进行数字运算处理以达到在频率上滤波的目的的 。数字滤波的种类很多 , 有一维滤波 , 如褶积滤波 、 递归滤波 、 低通 、 高通 、 带通滤波等;有多维滤波 , 如扇形滤波 、 时空域滤波 、 频率~波数域滤波等 。ω ωX( ω) H( ω)ω1 ω2 ω3 ω1 ω2有效波频谱干扰波频谱Y( ω ) =X( ω ) × H( ω )滤波器的频率特性地震信号的频谱频率特性原始信号输出信号滤波结果:相干噪声得到很好去除 , 剖面信噪比大大提高 。叠 加 剖 面去 噪 前 — 消除激发信号在传播过程中所受滤波作用的处理方法称为反褶积也称反滤波 ,它是某种滤波过程的逆过程 。反褶积问题的提出:反射系数序列:每个地下界面均有显示地震记录:反射同相轴与地质界面不存在一一对应关系 。目的:压缩地震子波 , 提高地震资料的分辨率 。方法:反褶积有很多具体方法 , 如预测反褶积 、最小平方反褶积 、 同态反褶积 、 最大 ( 最小 )熵反褶积等等 。地震记录反射系数 tξ(t)反褶积目标地震子波记录形成过程分辨率高分辨率低反褶积问题的表述:对于不含干扰的地震记录:对应的频率域形式:令则:)(*)()( )()()(   1)( )()()(  写成时间域形式:可得到函数 a(t)与子波 b(t)之间的关系:( ) ( ) * ( )( ) * ( ) * ( )( ) * ( )t a t x ta t b t )()(*)(  由子波 b(t)和反射系数 ξ(t)得到地震记录 x(t),是一褶积过程;由某一函数 a(t)与地震记录 x(t)褶积得到反射系数 ξ(t) , 这一过程可称为反褶积 。 函数 a(t)的谱与子波 b(t)的谱互成倒数关系 ,a(t)称为反子波 。 反褶积可看成是一反滤波过程 , 因此 , 反褶积也叫做反滤波 。反褶积与地震记录形成过程的关系反褶积 — 是指从实际资料中求取叠加速度的过程 。 为了讨论问题的方便 , 常将复杂的反射波时距曲线近似地看成是一条双曲线 , 即:式中 , 叠加速度 , 炮检距为零处的反射波旅行时 。 当地层为水平层状时 , 叠加速度等于均方根速度 ,此时正常时差 Δt 为:上式中,由于 x 是已知的,因此 t 和 Δt 都是 函数。由此可见,从反射波正常时差 Δt 的分析中可以提供均方根速度的信息,这就是速度分析的基础。22202),( 0022200 r m sr m 叠加速度谱; a)等值线显示方式; b)— 共炮点或共中心点反射波时距曲线是双曲线的条件:地面和地下反射面都是宏观上的光滑平面 、 激发点和接收点在一条直线上 , 而且地下介质是均匀的 。 为了更直观地反映地下反射界面的形态 , 如果从观测到的反射波旅行时中减去正常时差 , 就得到中心点处的自激自收 时间 , 这一过程称为正常时差校正或动校正 。共中心点道集地震波旅行时方程为: 2222)0()(  式中, x 是震源与接收点之间的距离(偏移距), v 是反射界面以上介质的速度,而 t ( 0 ) 是沿垂直路径双程旅行时。 动校正中的 “ 动 ” 字的含义体现在动校正量随时间和炮检距而改变 。 经过动校正后 , 反射波同相轴一般就能形象地反映界面的形态了 。动校正方法有:逐点搬家法 、 分段法 、 整体搬家法 、 高保真动校正方法等 。不同速度对均匀介质水平面反射的动校正: 如果所用速度高于介质速度,双曲线不能完全拉平,称为欠校正。 所用速度低于介质速度,双曲线上翘,称为过校正。 传统速度分析的基础 : 对 道集通过一系列常速度进行动校试验,使该道集的反射曲线拉得最平的速度就是叠前最佳动校正速度。 动校 正 产生 的 问题 : 动校拉伸 — 动校正结果出现频率畸变,同相轴移向低频。 主周期为 T 的波形经 N 校之后拉伸为'T ,拉伸量为: )0( O 其中 f 是主频, f 是所引起的频率变化, N M 为动校正量。 影响:大炮检距上波形拉伸将严重损害浅层同相轴叠加效果 解决办法:切除 未切除时, — 研究地形 、 地表结构对地震波传播时间的影响 , 设法把由于激发和接收时地表条件变化所引起的时差求取出来 , 再对其进行校正 , 使畸变了的时距曲线恢复成双曲线 , 以便对地下构造作出准确解释 , 这一过程称为静校正 。静校正中 “ 静 ” 字的含义是指静校正量不随旅行时而改变 , 即一个记录道对应着一个固定的静校正量 。静校正包括基准面校正和剩余静校正 。基准面校正是据野外测得的表层参数 ( 激发点 、接收点高程 、 低速带等 ) 计算其相应的静校正量 , 把激发点 、 接收点都校正到同一海拔高度的基准面上 。基准面校正包括井深校正 、 地形校正和低速带校正 。剩余静校正:在作了基准面校正之后 , 由于低速带速度和厚度的横向变化 , 校正后相对基准面有或正或负的误差 , 这个误差称为剩余静校正 。剩余静校正量的影响:严重降低速度谱分析的质量;导致错误的叠加剖面 , 形成暗点和假构造 。— 水平叠加是利用野外多次覆盖资料把共中心点道集记录经动 、 静校正之后再叠加起来 , 以压制多次波和随机干扰 、 提高信噪比为主要目标的处理方法 。 水平叠加剖面上的各道都已经转换为自激自收记录 。— 水平叠加剖面上的各道都已经转换为自激自收记录 , 当地下界面水平时 , 反射点在接收点的正下方;当反射面倾斜时 , 反射点不在接收点正下方 , 而向界面的上倾方向偏移 。 将水平叠加剖面上各反射点移到其本来位置的处理称为偏移处理 。地震资料的偏移归位包括绕射扫描偏移和波动方程偏移两部分 。反射界面倾斜时记录剖面与真实界面的关系水平叠加剖面与偏移剖面的比较常规处理流程观测日志解编加载观测系统线性动校正定义观测系统预处理输入班报初叠加 第一次速度分析反褶积剩余静校正二次速度分析叠前 次绘图叠加叠前时间偏移资料准备速度谱绘图道集显示道集显示最终叠加偏 移移成果绘图偏移迭代实际生产中使用的处理流程图解编后的炮集编辑几何扩散校正反褶积反褶积可在叠前作也可在叠后作。叠前反褶积的目的是把地震子波压缩成尖脉冲来改进时间分辨率。叠后的预测反褶积主要是消除海上鸣震(交混回响)等多次波干扰。在常规处理中反褶积的基础是最佳维纳滤波。反褶积后要用某种类型的道均衡以使数据达到通常的均方根振幅水平。反褶积后的道均衡道集选排- 集,为 速度谱注意速度函数的一般趋势及较晚时间处速度分辨率丧失首先按一定时间间隔给出一组零偏移距双程旅行时 , 然后针对每一零偏移距双程旅行时 , 依据探区已有地质资料和其它已知资料 , 按一定速度间隔给出一组速度 , 针对每一速度得出的双曲时差对 最后得到以零偏移距双程旅行时为参数 、 速度为自变量的一组相关函数或能量函数 , 每组最大值对应的速度就是对应该零偏移距双程旅行时的最佳叠加速度 。动校正动校正 拉伸畸变带切除按速度分析得出的最佳速度对 虑到浅层远道动校拉伸畸变大,为防止浅层质量降低,在叠加前将畸变带切除。最后对各偏移距数据求和就得到了 加速度分析位置静校正对于某些陆上和浅水地区资料 , 常因近表速度的不规则性 , 产生静校和动校畸变 。 剩余静校就是消除这种畸变 , 即将所估计的剩余静校量加到未经动校的原始 再重新作速度分析以改进速度检测 。 用此改进了的速度场再对 最后把这些道集叠加起来 , 叠加剖面如图 1 在有问题地段的反射连续性得到了改善 。静校正对速度谱的影响剩余静校正叠后处理预测反褶积对压制交混回响或短周期多次波时常有效,并将谱进一步变白。时变带通滤波用来压制噪音频带。一些类型的增益会加强弱反射( 与前面的叠加剖面相比) 。偏移处理利用介质速度对叠加剖面进行偏移可将倾斜同相轴归位到产生它们的地下真实位置,并将绕射波收敛 。
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