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第4章 地震资料数字处理(20170423)

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物探 地震资料解释 地震处理 反演
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第 4 章 地震资料数字处理地震勘探原理正演模拟单炮形成示意图实际单炮记录主要内容第一节 地震资料数字处理概述第二节 预处理第三 节 动校正与静校正第四 节 数字滤波第五 节 反滤波第六节 共 反射点 叠加第七节 地震波偏移成像第一节 地震资料数字处理概述一 、地震资料数字处理的目的二 、 地震资料数字处理的基本内容三 、 地震资料数字处理的基本流程一、地震资料数字处理的目的1、保留有效波,消除干扰波;2、使最终处理后的资料能够更好地用来反映构造形态;3、使最终处理后的资料能够比较容易地分析和解释地下地质构造、地层分布和沉积现象,认识地质规律,指明油气勘探 方向 。二、地震资料数字处理的基本内容1) 对原始资料进行加工、改造;2)利用各种手段认识各种干扰波及其表现特征;3) 利用 有效波的传播规律和野外特定的观测方式,精细确定地震波传播 速度 ;4)优选各有效的 地震资料处理方法 和参数优化 ,获得高质量的成像剖面 。就是利用数字计算机对野外地震勘探所获得的原始资料进行加工、改造,以期获得高质量、可靠的地震信息,为下一步资料解释提供可靠的依据和有关的地质信息。1、地震 资料数字处理2、地震资料数字处理的基本内容三、地震资料数字处理的基本流程地震资料数据处理从野外数据磁带的输入,到最终提供给解释人员的处理成果,是通过一系列的处理步骤完成的,所有处理过程组合起来,就形成一个处理流程。地震资料数字处理的基本流程第二 节 预 处 理一、几个概念二、数据 解编三、道 编辑和道 切除四、 真振幅恢复五、 抽道 集一、几个概念是指地震数据处理前的准备工作,即对原始数据进行初步加工,以满足计算机及操作系统中各处理方法的 要求。1、预处理2、数据 解编在数据处理中,时序排列的形式很不方便,必须转换为道序排列,即第一道的所有数据都排在第二道之前,使同一道数据都排放在一起,这种预处理称为数据解编或数据重排。一、几个概念是指挑选信噪比低的不正常记录道或炮,将其充零。3、道 编辑4、 道切除道切除 是通过一定方法消除 包括噪声记录开始部分所存在的高振幅,这样可有效避免后续处理时出现的叠加噪声 。一、几个概念将经过增益控制的地震记录恢复到地面检波器接受到的振幅值的处理称为增益恢复。5、增益恢复6、抽 道集指按一定的规律选取某些特定记录道的过程,这实际上是一种数据的重排。二 、数据解编t/t2 据按时间来排序的,某一时刻,不同检波器接收的信号被依次放在野外磁带上,然后再接收下一时刻来自各道的数据 ……。这样的数据记录方式不利于室内继续处理。为了便于室内处理,需要将数据的存放方式变换成按道排序的方式来进行存放数据。按道存放数据按时间放数据x1 x2 编辑和道切除在地震数据采集中,由于施工现场复杂、外界干扰大,难免出现一些不正常道的共炮点记录 ( 左图 ), 这些记录信噪比低,如果参与叠加处理会严重影响处理效果。不正常道通常指工作不正常道、死道、极性反转道 。废 炮、废道剔除的方法有将相应的地震炮、道数据充零值和舍弃整个地震炮、道记录两种方式。如何编辑1、道编辑三、道编辑和道切除2、道切除通常的 道切除方法 就是用零乘需要切除的记录段。通常需要切除的地震波 场 :1) 强 振幅的初至波(图 4这些初至波一般是直达波和浅层折射波等干扰波;2) 发生 相位畸变的浅层宽角反射波;3) 震源 干扰波、相干干扰波四、真振幅恢复地表地震记录的振幅不仅反映了地层界面的反射系数,而且还与地震波的激发、传播和接收等因素有关,这些因素主要包括地震波的激发条件、接受条件、仪器因素、波前扩散、吸收衰减、散射透射损失等 。浅层 反射波能量较强,深层反射波能量较弱。真振幅恢复目的是尽量对地震能量的衰减和畸变进行有效补偿和 校正 。1、 增益恢复在野外数据采集过程中,为了使来自不同深度信号的能量能够以一定的水平记录在 磁上 ,数字地震仪采用了增益控制,对浅层信号放大倍数低,深层放大倍数高。m)A)实际采集m)A)两者对比m)A)实际记录为了进行后续正确处理,需要 将 经过增益控制的地震记录恢复到地面检波器接受到的振幅 值 。球面扩散补偿前后的记录对比补偿前 补偿后增益恢复计算公式:式中 记录到的采样值;A——地面检波器接收到的增益控制前的振幅值;n——阶码(即增益指数)。已知:比如经过增益控制后得到的振幅值为 128,增益指数为 4。求:实际地面检波器接收道的振幅是多少?2、球面扩散补偿球面扩散补偿因子:补偿后振幅多种振幅补偿前后的记录对比补偿前 补偿后3、吸收衰减补偿地层对地震波的吸收衰减作用一般遵循以下 规律 :式中 它反映 岩石对弹性波的吸收特性,是储能与耗散能的壁纸,越致密的岩石其 式表明,由于地层的吸收衰减作用,似的地震波振幅随着时间和频率的的增加呈指数衰减,因此地层的吸收衰减作用对高频成分作用更强,这就是地震记录中高频能量弱的原因。吸收衰减补偿就是通过一定的处理手段进行振幅补偿处理。4、抽道集抽道集得 4种常用类型:1) 种 是共炮点道集,野外实际采集的地震数据通常是共炮集形式存放的,因此共炮点道集是不需要进行抽道集处理的,主要用于地表一致性处理、静校正处理、叠前偏移输入等 ;2) 第二 种是共接收点道集,主要用于地表一致性处理、静校正处理等 ;3) 第三 种是共中心点道集,即将属于同一共反射点(中心点)的记录道选出,按共反射点号次序排在一起,其目的是进行水平叠加和速度谱计算时使用 ;4) 第四 种是共偏移距道集,主要用于记录质量检查、进行垂直叠加、叠前偏移数据等。第三节 动校正与静校正1、动校正1)定义 :对于炮集记录来讲,动校正就是消除由于接收点偏移炮点所引起的时差过程。对于共中心点记录来讲,动校正 把 炮检距不同的各道上来自同一界面、同一点的 反射波到达 时间,校正为共中心点处的回声时间。2)动校正目的:实现 同相位 叠加 。3) 共中心点道集中 记录 道的动校正量 计算 :………….………….的近似值的计算 公式 :3) 共中心点道集中 记录 道的动校正量 计算 :对于任一道记录来说,深浅层反射波的动校正量不同,浅层波组成的动校正量大于深层波组的动校正量,这就是动校正中“动”的含义 。合适 的动校正量取决于动校正速度函数,道动校正量合适时,能够把共反射点道集内反射波旅行时间校正为双程垂直旅行时间,实现同相位叠加 。3) 共中心点道集中 记录 道的动校正量 计算 :由于双曲线时距方程是对实际复杂的时距方程的二阶近似,当炮检距达到一定程度时, 动校正量明显偏大, 因此不能将反射同相轴校平,解决方法有三种:一是通过分炮检距分别进行速度分析和动校正,将由于时距方程近似引起的误差放到叠加速度中,近似消化掉(大炮检距道的叠加速度偏大,因而算出的动校正量小);二是采用今年来出现的大炮检距速度分析、动校正方法,通过在时距方程中引入更高阶项,从而减小了上述误差,得到了更好的大炮检距动校正叠加效果;三是采用叠前时间偏移处理。第三节 动校正与静校正2、静校正在观测面是一个平面,激发点和接收点在一条直线上而且地下介质均匀的假设条件下,才可把反射波时距曲线视为一条光滑的双曲线 。但是,在野外实际观测时,观测面往往是起伏不平的,这在山区、沙漠、丘陵、黄土高原等地区尤为突出。此外,地下介质也是不均匀的。这时观测到的时距曲线不是一条双曲线,而是一条畸变了的曲线,这就不能准确地反映地下的构造形态。第三节 动校正与静校正2、静校正1)定义 : 静校正 是 研究地形、地表结构对地震波传播时间的影响,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,以便对地下构造做出准确解释的过程。静校正的方法分类:一般被分为两种,一种是基准面静校正,另一种是折射波静校正。1) 基准面静校正定义:基准面静校正也称为野外静校正,基本思想是人为选定一个静校正基准面(一般在地表与低速带底界面的中部)。将所有炮点和检波点都校正到该基准面上,用低速带层以下的速度代替低速带的速度,其目的是将由于地形、低速带和爆炸深度等因素对地震波传播时间的影响加以消除,校正到一个统一的基准面上,从而去掉表层因素的影响,以满足地表水平、表层介质均匀的假设条件。基准面静校正通常包括井深校正、地形较正、低速带校正。这种较正不随时间而变,只与炮点和检波点的位置有关,因此也称之为静校正 。( 1) 井深校正定义: 井深 校正是去掉炮井深度的影响,将激发源 O*的位置由井底校正到地面 井深校正总是使反射时 间 增 加 。设时间增加为负、缩短为正,则井深校正量计算公式为:( 2)地形校正定义:地形校正是将测线上位于不同地形处的炮点和检波点校正到基准面上。炮点地形校正量为:检波点地形校正量是:地形校正量有正有负 , 通 常规 定当测点高于基准面时为正,低于基准面时为负。( 3)低速带校正经过上述二次校正后,炮点和检波点均位于基准面上了。此时基准面下仍有不规则的低速带分布,需对它们进行校正, 应将基准面下的低速层速度用基岩速度代替,消除由于低速带的存在使地震波传播时间延迟的影响。炮点低速 带校正量公式为 :低速 带校正量公式为 :炮点处的总校正量为 :检波点处的总校正量为 :第 t/射波静校正基准面静校正 需要风化层 (低速层 )速度 和厚度的信息,但是野外测量工作有时不能准确地提供这些信息 。由于 风化层的速度不低于下伏地层的速度,因此地震记录上能够记录到来自风化层底界的折射波 。一般 情况下,折射波先于地下反射波到达地表,研究人员能够比较容易地从的真记录中识别折射波 ,进而 拾取到折射波的初至时间。而折射波初至时间中包含风化层厚度和速度的信息,利用这些信息进行静校正 ,这 一过程通常称为折射波静校正。2)折射波静校正基准面静校正 需要 风化层 (低速层 )速度 和 厚度的信息 ,但是 野外测量工作有时不能准确地提供这些信息 。由于 风化层的速度不低于下伏地层的速度,因此地震记录上能够记录到来自风化层底界的折射波 。一般 情况下,折射波先于地下反射波到达地表,研究人员能够比较容易地从的真记录中识别折射波 ,进而 拾取到折射波的初至时间 。而 折射波初至时间中包含风化层厚度和速度的信息,利用这些信息进行静校正 ,这 一过程通常称为折射波静校正。2)折射波静校正(1)从 直达波 时距曲线可求 出层 (低速带 )的 )从 折射波 时距曲线斜率可求出 低速带下 的 高速层速度 t 轴相交,得交叉时 t i,因为00 c 又10s 所以210000)(12c 求出 ,就可计算出 校正的实现由于静校正值有负有正,校正时使记录道样值可能向前(向小时间方向)或向后(向大时间方向 ) “搬家” 。如果记录校正值为 +4个 采样间隔在计算机内存中, 则该道记录全部样值要向前搬动四个单元,搬动时要从小时间的样值开始并依次搬动,记录道最前面的四个单元充零。当静校正值是 该记录道的全部样值要依次向后搬动四个单元。开始搬动时将倒数第五个样值搬到最后,并倒序依次向后搬动,结果原记录上的最后四个单元样值冲掉,把同一道地震记录静校正值相同,这便是静校正中“静”的含义。 由于各表层参数不可能求得绝对准确,经过上述静校正处理后的各记录道上还残存有一定大小的相对时差。若不对这些进行静校正仍会影响叠加效果,还需进一步做静校正处理,此时可采用剩余静校正(图 4法进行,由于剩余静校正方法较为复杂 , 有兴趣的同学可以去查阅相关资料 。第四节 数字滤波一 、数字滤波原理二 、数字滤波器的响应特性三、数字滤波器 的滤波机理四、 数字滤波器分类一、数字滤波原理1、数字滤波的目的是突出有效波、压制干扰 波 。2、数字滤波的原理根据有效波和干扰波的频谱特性和视速度特征方面的差异,利用频率滤波和二维视速度滤波来区分 它们 。3、一维频率滤波由于频率滤波只需对单道数据进行运算,故称为一维频率 滤波 。4、二维视速度滤波根据视速度差异设计的频波域滤波需同时处理多道数据,故又称为二维视速度 滤波 。5、数字滤波一个原始信号通过某一装置后变为一个新信号的过程(原始信号 →输入;新 信号 →输出;装置 →滤波器)。6、大地滤波两种表现形式频率域:激发 地震波 →输入信号,用 X(f)表示;大地滤波 器, 用 H(f)表示;地表的 波动 →输出信号,X ̌(f)表示。输入输出滤波器?二、 数字滤波器的响应特性1、定义 :是滤波器的一种表现,它是依据 输入、输出间 关系来定义的。2、不同特征的滤波器1)具有频率响应特征的滤波器滤波器对信号频率的影响,用 H(f)表示, H(f)也叫频率函数或传递函数。2)具有脉冲响应特征的滤波器滤波器对信号波形的影响,用 h(t)表示, h(t)也叫时间函数或滤波因子 。3)求两种滤波器的响应信号三 、数字滤波器 的滤波机理1、时间域的滤波机理它实际上是一种褶积运算,输出信号是由输入信号 X(t)与滤波器的脉冲响应 h(t)的 褶积 :2、频率域的滤波机理它实际上是一种乘积运算,输出信号是由输入信号 频谱 X(f)与滤波器的频率响应函数 H(f)的乘积 :输入信号 滤波器 输出输入信号 滤波器 输出3、滤波的计算实现四 、数字滤波器 分类1、频率滤波(一维滤波)频率滤波是指利用有效波和干扰波在频率上的差异来压制干扰波、突出有效波的方法,由于其信号以及滤波因子都是单变量的函数,因此频率滤波又称一维 滤波 。1)理想 低通滤波器频率中低频为有效波,高频为干扰波。频率响应示例 如 下图 所 示。理想低通滤波器的频率响应为:2)理想带通滤波器地震记录中干扰波 出现 在 频谱 两端,有效波位于频谱中间。频率响应示例 如 下图 所示。对应公式 如下 :四、数字滤波器分类2、二维滤波在频率滤波中,由于干扰波和有效波在频谱上有较大部分重叠,用频率波不能完全压制干扰波,而干扰波和有效波在视速度方面也存在差异,所以可进行视速度滤波来压制干扰波。视速度与频率 此可以从波数域来考虑去除干扰波。视速度 与空间 定的关系,因此可以 从时空域来 考虑去除干扰波。波数:它是单位距离内波振动的个数。通常的单位用 Hz/数时间长度震动的周期数在二维滤波中,常用扇形滤波或带通扇形滤波压制干扰波。对于视速度低、频率较高的声波、多次波等干扰波,可采用扇形滤波,如 下图 所 示。其频率波数响应为 :对于视速度较低 、 频率也较低的干扰波 , 可采用带通扇形滤波 , 如图 4c) 所示 , 其频率响应为:频率波数域的一种滤波示意图
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