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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,1,严选内容,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。,2,严选内容,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）。,3,严选内容,二十世纪八十年代后： “三高”：高信噪比、高分辨率和高保真度。 tau-pi变换技术、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。,4,严选内容,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,5,严选内容,6,严选内容,无障碍物地区激发，无障碍物地区接收，激发药量为6kg，记录反射波能量强，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6kg-4kg，过障碍物接收，道信号弱，同相轴不清，连续性差,7,严选内容,French模型及其地震响应,8,严选内容,回转波,水平叠加时间剖面,偏移叠加时间剖面,9,严选内容,经数字处理后的三维数据体及透视图,10,严选内容,提高信噪比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。,11,严选内容,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Q滤波等等；测井约束反演等。,12,严选内容,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。,13,严选内容,（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。,14,严选内容,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。,15,严选内容,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CMP道集正常时差校正后叠加所得），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 。,16,严选内容,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,17,严选内容,第二节 地震记录的形成及显示一、地震记录的形成,18,严选内容,反射系数序列与实际地震记录的频谱比较,19,严选内容,反射系数剖面与地震剖面的比较,20,严选内容,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：,21,严选内容,(1) 地震子波 b(t)其中：o(t)为震源子波，g(t)为地层响应 (t)为透射响应，d(t)为地面接收响应 i(t)为仪器响应,22,严选内容,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：,23,严选内容,地震记录形成的褶积模型,24,严选内容,无噪声时的褶积模型,25,严选内容,(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,26,严选内容,规则干扰波N(t)的分类：,（）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；,（）与地质结构无关：水中鸣震、气泡效应、地表及海面散射等。,27,严选内容,有噪声时的褶积模型,28,严选内容,（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。,29,严选内容,（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。,30,严选内容,（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。,31,严选内容,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,32,严选内容,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,33,严选内容,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,34,严选内容,最基本的处理流程：,35,严选内容,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（CMP）道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 。,36,严选内容,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。,37,严选内容,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 。,38,严选内容,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：共炮点道集CSP共深度点道集CDP（共中心点道集CMP ）共接收点道集CRP共炮检距道集,39,严选内容,观测系统示意图,40,严选内容,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。,41,严选内容,1.滤波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。,42,严选内容,X（）,H（）,1,2,3,1,2,有效波频谱,干扰波频谱,Y（ ）=X（ ） H（ ）,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,43,严选内容,滤波结果：相干噪声得到很好去除，剖面信噪比大大提高。,44,严选内容,叠加剖面去噪前后对比,45,严选内容,2.反褶积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。,46,严选内容,地震记录,分辨率高,分辨率低,47,严选内容,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：,48,严选内容,写成时间域形式：可得到函数a(t)与子波b(t)之间的关系：,49,严选内容,l 由子波b(t)和反射系数(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(t) ，这一过程可称为反褶积。l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。 l 反褶积可看成是一反滤波过程，因此，反褶积也叫做反滤波。,50,严选内容,反褶积与地震记录形成过程的关系,51,严选内容,常规的水平叠加剖面,52,严选内容,自适应最小平方法反褶积得到的水平叠加剖面,53,严选内容,反褶积前后叠加剖面对比,54,严选内容,3.速度分析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，Vs 为叠加速度，t0 是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t 为：上式中，由于x 是已知的，因此t 和t都是VR和t0 的函数。由此可见，从反射波正常时差t 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。,55,严选内容,叠加速度谱；a)等值线显示方式；b)能量曲线显示方式,56,严选内容,4.动校正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。,57,严选内容,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。,58,严选内容,59,严选内容,60,严选内容,61,严选内容,未切除时，CMP的浅层部分可见一个低频的拉伸带,62,严选内容,5.静校正研究地形、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。,63,严选内容,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。,64,严选内容,65,严选内容,66,严选内容,67,严选内容,68,严选内容,6.水平叠加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。,69,严选内容,7.偏移处理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,70,严选内容,水平叠加剖面与偏移剖面的比较,71,严选内容,常规处理流程,观测日志,72,严选内容,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FK域噪音衰减,绘图,观测系统显示,单炮绘图,人工复查,绘图,迭代2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,FK域噪音衰减,FK域倾角滤波,建立偏移速度场,FK域噪音衰减,带通滤波,带通滤波,叠加成果绘图,偏移成果绘图,偏移迭代,实际生产中使用的处理流程图,73,严选内容,解编后的炮集,74,严选内容,编辑,75,严选内容,几何扩散校正,76,严选内容,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。,77,严选内容,反褶积后的道均衡,78,严选内容,道集选排CMP道集,把属于同一中心点的所有道按偏移距从小到大的顺序依次排列起来组成共中心点（CMP）道集，为CMP道集速度分析和CMP叠加作准备。,79,严选内容,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CMP道集作相干分析，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。,80,严选内容,动校正,动校正拉伸,81,严选内容,畸变带切除,按速度分析得出的最佳速度对CMP道集作正常时差校正。考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CMP叠加剖。,82,严选内容,叠加,速度分析位置,83,严选内容,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CMP道集上。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CMP道集作动校正。最后把这些道集叠加起来，叠加剖面如图1-15b所示。在有问题地段的反射连续性得到了改善。,84,严选内容,静校正对速度谱的影响,85,严选内容,剩余静校正,86,严选内容,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）。,87,严选内容,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 。,88,严选内容,