地震第2章预处理及真振幅恢复ppt课件.ppt
Chapter2 预处理及真振幅恢复,预处理，顾名思义是指地震数据处理前的准备工作，是地震数据处理中重要的基础工作，一般定义为将野外采集的地震数据正确加载到地震资料处理系统，进行观测系统定义，并对地震数据进行编辑和校正的过程。真振幅恢复的目的是恢复地震波在地层传播过程中所经历的振幅衰减，保证地震数据后续处理的质量。,2. 1 预处理,预处理是地震数据处理过程中重要的基础工作，为保证预处理工作正常进行，在进行预处理之前，要对野外施工设计、采集班报、观测系统、高程及野外静校正数据、磁带记录标签等进行仔细的检查与核对。 预处理主要包括数据解编、格式转换、道编辑、观测系统定义等工作。,一、数据解编,目前野外地震数据有两类基本的格式，一类是按照采样时间顺序排列的多路传输记录，称为时序记录；另一类是以地震道为顺序排列的记录，称为道序记录。解编就是按照野外采集的记录格式将地震数据检测出来，并将时序的野外数据转换为道序数据，然后按照炮和道的顺序将地震记录存放起来。 早期的野外地震数据以时序方式记录，而地震数据处理工作是基于地震道进行的，因此需要通过数据解编将地震数据的记录顺序由时序转化为道序。如图2-1所示，它相当于对地震数据进行矩阵转置。解编之后的地震数据是按处理系统内部格式记录的共炮点道集，地震数据在整个处理过程中都采用这种格式。,图2-1解编将M个地震道记录，时间采样个数为N的地震数据由(a) 图以时间顺序记录的方式转换为 (b）图以地震道顺序记录的方式,每一个地震道由道头和数据两部分组成，道头用来存放描述地震道特征的数据，如野外文件号(FFID)、记录道号(Channel Number)、CMP号、炮检距(offset)、炮点高程和检波点高程等。 道头是地震数据处理中十分重要的信息。不正确的道头信息会使得某些数据的模块产生错误的处理结果。,二、道编辑,道编辑是对由于激发，接受或噪声因素产生的不正常的地震道进行处理。对由于检波器工作不正常造成的瞬变噪声道和单频信号等进行剔除，对记录极性反转的地震道进行改正。 对记录中的强突发噪声和强振幅野值经行压制等，道编辑是地震数据噪声压制的重要环节。,三、野外观测系统定义,地震数据处理中的许多工作是基于地震道的炮点坐标、检波点坐标、以及根据这些坐标所定义的处理网格进行的。野外地震的道头中记录了每一个地震道德野外文件号（FFID）和道号（Channel Number)。炮点和检波点的坐标信息记录在野外班报中。观测系统定义就是以野外文件号和记录道号为索引。赋予每一个地震道正确的炮点坐标、检波点坐标，以及由此计算的中心点坐标和面元序号。并将这些数据记录在地震道头上或观测系统数据库中。观测系统定义一般由炮点定义。检波点定义和炮点与检波点关系模板定义三部分组成。,观测系统定义是地震数据处理中重要的基础工作。不同的处理系统，观测系统定义方式是不一样的，总体而言比较繁琐，特别是当野外采集条件复杂，观测系统变化大较大，偏离设计位置的炮点、检波点较多时，很容易产生错误，因此需要有相应的质量控制手段对观测系统进行检查。首先参照施工设计对基于观测系统绘制的炮点位置分布图。检波点位置分布图（图2-3）、覆盖次数分布图进行检查，然后对地震记录的初至波进行线性动校正。以共炮点、共检波点和共偏移距显示初至时间变化情况，对初至异常变化地震道所涉及的观测系统参数进行检查更正。,图2-3 炮点（*）和检波点（+）位置分布图（局部）通过炮点和检波点位置分布图对观测系统进行检查。,2. 2 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。这些因素包括地震波的激发条件、接收条件、波前扩散、吸收、散射、透射损失、微曲多次波、人射角的变化、波的干涉和噪声等。 真振幅恢复的目的是尽量对地震波能量的衰减和畸变进行补偿和校正，主要包括波前扩散能量补偿、地层吸收能量补偿和地表一致性能量调整。,一、波前扩散能量补偿,当地震波在地下介质中传播时，由于波前面随着传播距离的增加不断地扩张。而地震波激发产生的总能量是一定的，因此波前面上单位面积的能量密度不断减少，地震波的振幅随着传播距离的增大而不断减小，这种现象称为波前扩散。,1.均匀介质的波前扩散,当地震波在地下均匀介质中传播时，波前面是一个以震源为中心的球面，震源发出的总能量逐渐分散在一个面积不断扩大的球面上，单位面积上的能量密度逐渐减小，地震波振幅不断减弱。 从震源发出的地震波在任意时刻的波前面上的能量密度为:,(2-1),式中 总能量; 波的传播距离; 波的传播速度; 波的传播时间。 取距震源单位距离(r=1)处的波前面的能量密度,为标准化，从(2-1)式和(2-2)式得到,(2-2),(2-3),这就是均匀介质中波前扩散所引起的地震波振幅衰减因子，简称为波前扩散因子。 波前扩散补偿的目的就是通过下式恢复波前扩散对地震波振幅的影响,由于地震波振幅与能量密度的平方根成正比，因而得到任意 时刻的地震波振幅 与离开震源单位距离处的振幅 之比 为,其中 表示波前扩散补偿后地震波的振幅。,(2-4),(2-5),当地震波在水平层状介质中传播时，其波前面不再是一个球面。因而，在层状介质中，由波前扩散所引起的反射振幅的衰减规律与均匀介质的衰减规律有所不同。 假设地下有 层水平层状介质(图2一5)，其中任意第 层的厚度为 ，速度为 由震源 发出的地震波 在第 层的底面反射后，到达接收点 ，入射波由震源发出的入射角为 ，反射波的出射角为 ，相应的炮检距为 。另外，与人射射线 相邻取一射线 ，其入射角增量为 ，相应的反射射线 的出射点的炮检距增量为 。,2.层状介质的波前扩散,与均匀介质相似，这里规定地震波的振幅与垂直地震波传播方向单位面积上能量密度的平方根成正比。如果用 表示入射波在震源附近半径为r的球面上的振幅， 表示通过接收点 G 的反射波波前面上的振幅 表示入射线SP和 绕通过震源的铅直线旋转在距离震源半径为r的球面上所夹的环形面积， 表示反射线PG和 绕通过震源的铅直线旋转在反射波波前上所夹的环形面积。由于波通过环形面积 的能量(如果不考虑其他能量损失的话)将全部流过环形面积 ，地震波的振幅与其能量所流过面积的平方成反比，得到,图2一5层状介质波前发散,(2-6),由图2-5可知,代入(2-6)式，得到,如果震源和接收点都在第一层介质中，由于各层都是水平的,则 取 单位距离，得到,(2-7)(2-8),(2-9),(2-10),其中 为层状介质中从震源到达炮检距为 的接收点的反射波由波前扩散所形成的振幅衰减因子。为了计算波前扩散因子 考虑速度随深度变化的函数 ，对任意一条射线，其反射波出射点到炮点的距离为,其中p为射线参数，,对(2-11)式和(2-12)式分别求导数，得到,(2-11),(2-12),由(2-1)式和(2-14)式得到,将(2-1)式代入(2-10)式，得到波前扩散因子,(2-13)(2-14),(2-15),(2-16),在水平层状介质情况下，(2-1)式中的积分变为求和,于是，得到波前扩散因子,当地震波沿垂直界面的方向人射和传播时， 则 将 ， 和 代入(2-18)然后令 得到垂直人射即炮检距为零时的层状介质波前扩散因子:,(2-7),(2-8),式中 垂直人射的反射波旅行时间; 第一层介质的速度; 对应于反射波旅行时间。的均方根速度。,二、地层吸收能量补偿,当地震波在地下介质中传播时，由于实际的岩层并非完全弹性，岩层的非完全弹性使得地震波的弹性能量不可逆转地转化为热能而发生消耗，因此使得地震波的振幅产生衰减，这种由于介质的非完全弹性而引起的地震波振幅衰减现象称为吸收。,(2-19),1.均匀介质的吸收,根据粘滞弹性理论可知，由均匀的非完全弹性介质所产生的吸收作用，将使地震波的振幅随着传播距离的增大呈指数衰减。令 为震源发出地震波的初始振幅， 为地震波传播离开震源距离 处的振幅， 为介质的吸收系数，则有,因而，得到由于岩层的吸收作用所引起的地震波振幅的衰减因子为,(2-22),(2-23),式中 地震波传播r距离的旅行时间; 介质的衰减系数。,式中 一地震波在介质中的传播速度。 实际地震资料处理中常用品质因子 来描述地震波的衰减，其意义是地震波在传播一个波长 距离后，原来储存的能量 与所消耗能量 之比，即,将h式展开，并舍去高次项，得到品质因子 与吸收系数的关系为,(2-24),(2-25),(2-26),式中 一地震波频率。 由(2一23)式和(2一26)式得到由品质因子表示的衰减因子,可见在非完全弹性介质中，地震波的高频成分比低频成分衰减得要快。,2.层状介质的吸收,如果地下有 层水平层状介质，地震波从震源出发相继通过各层介质，设第i层的品质因子为 ，速度为 传播时间为 。则地震波通过第i层时，该层的吸收因子为,(2-27),(2-28),当地震波相继通过所有n层介质时，整个地层的吸收因子为,引人新的变量 。作为等效品质因子,则(2-29)式改写为与(2-27)式相似的形式,(2-29),(2-30),(2-31),其中 为地震波通过所有n层介质的传播时间。,需要注意的是，等效品质因子 并不是一个常数，而是一个随传播时间变化的量。,3.地层吸收补偿,从(2-31)式可以看出，地层吸收对地震波振幅的影响不同于波前扩散对地震波振幅的影响，地震波振幅的衰减与频率有关，频率越高，振幅衰减越严重。地层吸收不仅造成地震波振幅的衰减，而且对地震波产生低通滤波作用。其振幅谱 为,(2-32),如果将地层对地震波的滤波作用看作一个最小相位滤波过程，则可以利用 变换，根据振幅谱A的得到相位谱,式中符号 表示 变换，大地吸收低通滤波器的复频谱 了，表示为,(2一34)式表明，地震波在非完全弹性介质中的衰减与频率 时间t和品质因子 有关。 地层吸收补偿应该是地层吸收滤波的反滤波过程，因此地层吸收补偿因子可表示为,(2-33),(2-34),其中,利用傅里叶变换可以得到时间域的地层吸收补偿因子,假定地表记录的地震数据为 ，利用 与 的褶积可以得到地层吸收补偿后的地震数据,(2-35),(2-36),(2-37),上式的褶积不同于一般的褶积关系式，滤波因子随时间是逐点变化的，无法求得上式的精确解，在实际应用中需要做一些适当的近似。,(2-38),
