第5共地震勘探原理反射点叠加法1.ppt

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1、地震勘探原理,第五章 共反射点叠加,2,1、野外共反射点叠加多次复盖多次覆盖(multiple coverage)技术最早是由梅恩(Mayne,1962)提出的，其基本思想是按照一定的观测系统对地下某点的地质信息进行多次观测，保障原始记录质量。多次复盖的目的提高信噪比，改善地震记录的质量.采集的数据本身信噪比并没有提高.提高信噪比是在室内处理实现的.,第五章 共反射点叠加法,3,2、室内共反射点叠加水平叠加 在室内将野外观测的多次复盖原始记录，抽取共反射点(CRP)或共中心点(CMP)道集记录，进行速度分析、动静校正、水平叠加等一系列处理，最终得到能基本反映地下地质形态的水平叠加剖面或相应的数

2、据体，这一整套工作称为共反射点叠加法，或简称为水平叠加(horizontal stacking)技术。,1）共反射点叠加的实现,抽取CRP或CMP道集,动校正,叠加,第五章 共反射点叠加法,4,2）共反射点叠加的作用,提高信噪比，改善地震记录的质量。实际上是将不同检波器接收到的来自地下同一反射点的不同激发点的信号，经动校正后，叠加起来，使一次反射波加强，而多次反射波和其它类型的干扰波相对削弱。压制随机干扰，比组合效果好压制规则干扰波，尤其是多次波效果最好。此方法利用了校正后有效波与干扰波之间的剩余时差的差异。,第五章 共反射点叠加法,5,构造解释计算速度谱动静校正 进一步实现各种偏移 技术求取

3、各种地震参数,3）共反射点叠加的用途,第五章 共反射点叠加法,6,第五章 共反射点叠加法,第一节 共反射点时距曲线方程,一、水平反射界面用O1、O2Oi 表示在测线上不同的位置上激发点，S1、S2Si表示接收点。注意激发点和接收点是对称的。这样就可得到反射界面层上的同一个反射点R。R称为共反射点；S1、S2Si称为共反射点叠加道(CRP)；对应的旅行时为t1、t2ti。M点称为共中心点，它是R点在地面上的投影。,7,1、水平界面的共反射点时距曲线方程,以炮检距xi为横坐标，以反射波到达各叠加道的旅行时t为纵坐标，可以得到来自共反射点R上的反射波时距曲线，其表达式为,式中：h共中心点M的法向深度

4、 V波在均匀介质中传播的速度,第一节 共反射点时距曲线方程,8,在水平界面上，共反射点时距曲线是一条双曲线，极小点在x=0处。共反射点时距曲线：它只反映界面上的一个点，即共反射点R的反射。共反射点时距曲线：t0为共中心点M的垂直反射时间.,1)共反射点时距曲线特点：,M点的t0,第一节 共反射点时距曲线方程,9,2)共炮点与共反射点的时距曲线比较：,在水平界面上，两种时距曲线都是一条双曲线，极小点在x=0处，但物理意义不同。共炮点时距曲线：它反映了一段反射界面。共炮点时距曲线：t0为炮点O的垂直反射时间.,第一节 共反射点时距曲线方程,10,2、倾斜界面的共中心点时距曲线方程,第一节 共反射点

5、时距曲线方程,当界面倾斜时，对称于M点所激发和接收对应的反射点不再是同一个R点，而是分布在一个范围之内。倾斜界面不存在共反射点，而只有共中心点。对于倾斜界面，这些道共中心点道集。它们的叠加不是共反射点叠加，而是共中心点叠加，也叫共反射段叠加。,引入共中心点道的概念，可以适应不同产状的地层。,M,11,第一节 共反射点时距曲线方程,O点放炮，D点接收，炮点O处的法线深度为h1，共中心点M点的法线深度h0，界面倾角，可知反射波到达D点的时间为,要得到一般的共中心点时距曲线方程，就要使方程中不含有h1，而只包含共中心点处法线深度h0。,12,代入得,此方程就是以共中心点M处法线深度h0表示的倾斜界面

6、共中心点时距曲线方程。,第一节 共反射点时距曲线方程,若令,则有,这里，称V为倾斜界面的等效速度，t0M为共中心点M的自激自收时间。,13,时距曲线是一条双曲线，以过M点的纵轴为对称轴；相当于深度为h0，速度V=V换成等效速度的水平界面共反射点的时距曲线方程；倾角的大小只影响曲线的陡缓，与曲线的形状和倾向无关。时距曲线的极小点位置为共中心点M处：h0为共中心点M处法线深度,1)倾斜界面共中心点时距曲线特点：,第一节 共反射点时距曲线方程,14,两种时距曲线都是双曲线,反映一段反射界面。而共炮点反射波时距曲线的极小点位置在虚震源在地面的投影处：h0-表示激发点O处法线深度 V V(只有=0时，V

7、=V)，共中心点时距曲线比倾斜地层的共炮点时距曲线要平缓。,第一节 共反射点时距曲线方程,2)与共炮点时距曲线的比较：,15,第一节 共反射点时距曲线方程,共中心点,共炮点,16,第二节 多次反射波的特点,地震波遇到波阻抗界面时，发生反射和透射，除产生一次反射波外，还产生折射波、绕射波、断面波、多次波等。多次波的定义指一些往来于分界面之间几次反射的波，这种波称为多次反射波，简称多次波。,第五章 共反射点叠加法,17,多次波产生的条件：要有良好的反射界面，即反射系数较大。如基岩面、不整合面、火成岩、海水面、海底面和其它强反射界面。多次波是一种干扰波。它与一次反射波互相干涉叠加，破坏对有效波的识别

8、与追踪，而且可能将多次波误认为是深层界面的一次波而进行解释，导致错误的地质推断。,第二节 多次反射波的特点,18,一、多次反射波的类型,1)全程多次反射波 在某一深层界面发生反射的波在地面又发生反射，向下在同一界面发生反射，来回多次，又称简单多次波。陆上：低速带区多次波强海上：海水中多次波强,第二节 多次反射波的特点,19,2)短程多次反射波 地震波从某一深部界面反射回来后，再在地面向下反射，然后又在某一个较浅的界面发生反射，又称局部多次波。,第二节 多次反射波的特点,20,3)微屈多次反射波 在几个界面上发生多次反射，多次反射的路径是不对称的，或在一个薄层内受到多次反射，它与短程多次波并没有

9、严格的差别。,第二节 多次反射波的特点,21,4)虚反射 井中爆炸激发时，地震波的一部分向上传播，遇到地面再反射向下，这个波称为虚反射。它与直接由激发点向下传播的地震波相差一个时间延迟，等于波从井底到地面的双程旅行时。,第二节 多次反射波的特点,22,二、全程多次反射波时距曲线,1、水平界面全程多次反射波时距曲线,一次反射波的旅行时为：,全程二次波的旅行时为：,水平界面的全程二次反射波相当于来自深度为2h的等效界面的一次反射波。,第二节 多次反射波的特点,23,水平界面的全程n次反射波相当于来自深度为nh的等效界面的一次反射波。时距曲线为双曲线。,全程n次波的旅行时为：,同理可以推出,第二节

10、多次反射波时距曲线,24,2、倾斜界面全程多次反射波时距曲线,第二节 多次反射波时距曲线,推导思路：做出一个等效界面，使这个等效界面的一次反射波相当于原来界面的全程多次反射波；用等效界面的法线深度h、倾角 写出它的一次反射波的时距曲线；求出等效界面的参数h、与原来的界面参数h、的关系，再代回到等效界面一次反射波时距曲线方程，就可得到原界面的全程多次反射波方程。,25,利用虚震源的方法确定等效界面,全程二次反射波的传播路径OABCS与虚震源O*S发出的一次直达波O*SABCS完全相等。,26,由作图可知，O*B是激发点O以界面R的虚震源，地面PS与界面R关于界面R镜像对称，OPE=O*BPE=。

11、二次全程反射波OABCS可以认为是界面R的虚震源O*S发出的一次反射波O*SABCS。由此，激发点O与O*S是关于界面R镜像对称，OO*S是垂直于界面。界面R可以认为一个等效界面，在界面R上发生的全程二次反射波时间与在界面R上O点激发的一次反射波一样。,27,O*B是激发点O以界面R的虚震源,在OPE和O*BPE中,PE是公共边,OO*BR,OE=O*BE=h,所以,OPE=O*PE,则OPE=O*BPE=。等效界面R对地面的倾角为2，即=2。等效界面的法线深度h等于：,28,把在R界面上的全程二次反射波，看成是等效界面R的一次反射波，由此可得其时距曲线方程为：,第二节 多次反射波时距曲线,2

12、9,1)它也是一条双曲线；2)在激发点O处(x0)观测到的全程二次反射波的t0时间是：3)在倾角较小情况下,cos1,t0 2t0,这是一个常用的识别近于水平界面的多次波的重要标志t0标志。4)等效界面的倾角等于一次反射界面倾角的二倍,即=2，这称为全程多次波的倾角标志。,第二节 多次反射波时距曲线,全程二次反射波时距曲线的特点：,30,5)全程二次波时距曲线极小点的坐标为：,一次波时距曲线极小点的坐标为：,当很小时，,二次全程多次波极小点偏移激发点的距离近似地是一次波的四倍，这亦是判别多次波的标志。,第二节 多次反射波时距曲线,31,将上面的结果推广到全程m次反射波：当很小时,t0mmt01

13、，t01为一次反射时间。需要指出:由几何学可知，界面倾斜时多次波的次数m不能很多，因为等效界面的倾角m不能大于90。从动力学来看，由于多次波反射过程中，能量逐渐减弱，次数也不可能很多。,第二节 多次反射波时距曲线,32,三、反射波时距曲线的动校正,1、水平界面共炮点时距曲线的动校正,正常时差td为：,t0为激发点的垂直反射时间,正常时差在水平界面下,反射波旅行时与零炮检距t0(自激自收)时间之差。动校正从反射波旅行时中减去正常时差t,得到x/2处的t0时间。,第二节 多次反射波的特点,33,共炮点道集的动校正,对于水平界面，共炮点反射波时距曲线动校正之后，由双曲线变成一条水平直线，能形象的反映

14、地下界面的形态。,第二节 多次反射波的特点,34,共炮点道集,第二节 多次反射波时距曲线,动校正后，存在动校拉伸,动校正后，切除动校拉伸,35,2、倾斜界面共炮点时距曲线动校正,倾斜界面的共炮点道集，反射波同相轴动校正之后，由双曲线变成一条倾斜直线，也能反映地下界面的形态。,对于倾斜界面，动校正量与水平界面的相同，其动校正为：,式中：t0是激发点O处界面垂直反射时间,第二节 多次反射波的特点,36,共反射点记录的是来自同一反射点的反射波，因道集内各接收道的炮检距不同，正常时差是各叠加道的反射时间相对于共中心点M的垂直反射时间之差。,3、共反射点时距曲线的动校正,1)、水平界面共反射点时距曲线动

15、校正,动校正量td为：,t0为共中心点M的垂直反射时间,第二节 多次反射波的特点,37,动校正量,等于共炮点道集的正常时差,当 时，可以忽略高次项，则有,利用二项式展开，有,第二节 多次反射波的特点,38,共反射点道集经动校正后，各道的时间都换算成M点的t0时间，共反射点道集时距曲线变成一条t=t0的直线。,第二节 多次反射波的特点,39,在水平界面的共反射点道集上，反射波同相轴经动校正之后，由双曲线变成一条直线，经叠加后变成一道，只反映地下界面上一个反射点。对于共反射点道集来说，动校正之后，来自同一反射点的不同位置相同时间的波不仅波形相似，且没有相位差，进行叠加，其叠加道反射波的能量必然达到

16、最大加强。把叠加后的总振动作为共中心点M一个点的自激自收时间的输出，就实现了共反射点多次叠加的输出。,水平界面反射波的叠加效应,第二节 多次反射波的特点,40,共反射点道集水平叠加,第二节 多次反射波的特点,41,倾斜界面的共反射点分散共中心点道集反映的不是一个共反射点，而是一个反射段水平叠加不是共反射点叠加，而是共中心点叠加,2)、倾斜界面共中心点时距曲线的动校正,第二节 多次反射波的特点,42,倾斜界面共中心点的时距曲线方程 hM为共中心点M处界面的法线深度，t0M为M处的自激自收时间倾斜界面共中心点道集的动校正量为：,当 时，用二项式展开，得近似关系：,V 为倾斜界面的等效速度,第二节

17、多次反射波的特点,43,动校正量与界面的倾角及埋深有关。如果只知道地层的真速度V，而不知道V时，无法精确计算t。动校正量是在 条件下的近似公式，大排列观测时，常常不能将双曲线拉成直线。,倾斜界面共中心点道集动校正的特点：,第二节 多次反射波的特点,44,td t 实际作动校正时，不管地层是水平还是倾斜，都用水平界面动校正公式计算动校正量进行校正，这样就不能把倾斜界面共中心点道集拉成直线。在倾斜界面时，地下不是共反射点，多次叠加仍是一段界面的平均效应，从而降低了勘探精度。对于倾角较大的地层或复杂构造，其真正实现共反射点叠加需用偏移叠加方法。,第二节 多次反射波的特点,45,利用倾角时差校正(DM

18、O)将由于地层倾斜时NMO时间空间误差校正后，满足叠加要求。,第二节 多次反射波的特点,46,4、剩余正常时差(residual normal moveout),应用正常时差公式对反射波进行动校正后，反射波时距曲线被拉平，叠加后反射波得到加强。实际中，不管任何形式的波都当作水平界面均匀介质的一次反射波进行动校正，则道集内各道波的旅行时不一定都能校正为中心点的自激自收时t0，而可能还存在一个时差。剩余时差-把某个波按水平界面一次反射波作动校正后的反射时间与共中心点处的t0之差叫剩余时差。即由于未能完全将正常时差消除而剩下来的那一小部分正常时差。,第二节 多次反射波的特点,47,剩余时差,如任何形

19、式波的旅行时间为tr,正常时差为tr=tr-t0；一次反射波的旅行时间为t，正常时差为t=t-t0；剩余时差t为：t=tr-t=(tr-t0)-(t-t0)=tr-t绘出t x曲线叫做剩余时差曲线。可以形象地反映出某个波的剩余时差随炮检距的变化规律。,第二节 多次反射波的特点,48,5、多次波的剩余正常时差,考虑一个两层反射界面(D和P)的地质构造中，在同一观测点得到来自界面D上的二次全程反射波，以及来自界面P上的一次反射波。,把二次全程反射时间等效为界面D上的一次反射时间。,对于P界面上R点的反射时间同样可以用等效速度V 来表示。,第二节 多次反射波的特点,49,界面D上多次波可看成等效界面

20、D处的一次反射旅行时,对于P界面的一次反射波旅行时表示为：,第二节 多次反射波的特点,50,假设在界面D上二次反射波和界面P上的一次反射波有同一个t0，即t0=t0D 一般而言，速度随深度的增加而增加，VPVd；当t0=t0D时，等效速度V Vd；多次波等效界面D的深度要比一次反射波界面P浅。当t0=t0d时，利用一次波的速度V进行动校正，多次波的剩余时差tD为：,第二节 多次反射波的特点,51,1)当t0=t0d时,V Vd,则tDt,tD0。动校正后表现为校正不足，其剩余时差随炮检距的增大而增大。2)公式简化将与炮检距x无关的项用q代替，令tD=qx2，q称为多次波的剩余时差系数。,多次波

21、动校正的剩余时差特点,第二节 多次反射波的特点,52,3)多次波的剩余时差是按抛物线规律变化的.与炮检距x的平方成正比；与t0有关成反比，而Vd、V在一定的地区也随t0而变，总的说来q是t0的函数。,第二节 多次反射波的特点,53,一次波和多次波动校正和叠加比较,第二节 多次反射波的特点,54,第三节 影响叠加效果的因素,在假设反射界面水平，动校正速度是选取准确的，动校正量也计算正确。在这种情况下，反射波的剩余时差为零，所以反射波叠加后加强。实际中，这些条件一般不可能完全满足。如界面不水平、动校正速度不准确，这些都会影响叠加的效果。影响多次叠加效果的因素除了是否合理选取多次覆盖参数如道间距、偏

22、移距和覆盖次数外，主要的影响因素是速度和地层倾斜。,第五章 共反射点叠加法,55,一、动校正速度的影晌,1、对一次波的影响设一次反射波的实际速度为V，正常时差为：如果选取的动校正速度为Va，动校正量为：由于Va与V有差别，所以动校正后一次波不会校正到x/2处的t0，而是与t0有一剩余时差为：,动校正量,第三节 影响叠加效果的因素,56,当一次波也存在剩余时差时，叠加后一次波将不会增强n倍。由于剩余时差tv是x2的函数，叠加效果与多次波的叠加效果相似。如果tv 0，则动校正速度大于一次波的实际速度，将产生动校正不足；如果tv，则动校正速度小于一次波的实际速度，将产生动校正过量。,qv由于速度误差

23、而引起的称速度误差剩余时差系数，它与t0有关。,令,则,第三节 影响叠加效果的因素,57,道集记录,速度合适动校正准确,速度过大动校正不足,速度过小动校正过量,速度对动校正的影响,58,当动校正速度大于一次波速度，使一次波校正不足，对于多次波，则使剩余时差增大，就可以使多次波进人压制带更有利于压制多次波。但一次波也受到压制。当动校正速度小于一次波速度，使一次波校正过量，多次波剩余时差减小，到一定程度后多次波可能进人通放带而不受压制。,2、对多次波的影响,第三节 影响叠加效果的因素,59,例:12次复盖的道集,有一次波,也有多次波。当速度合适，动校正后一次波同相轴拉平，多次波有剩余时差，同相轴仍

24、为双曲线，方向与原来相同。当速度过大，一次波也出现剩余时差，同相轴校正不足，多次波剩余时差加大。当速度过小，动校正量过大，一次波同相轴校正过量,呈方向相反的双曲线。,第三节 影响叠加效果的因素,60,3、不同观测系统或地质条件对速度的要求,1）叠加次数越高，接收间隔越大时，通放带越窄，对动校正速度精度要求越高。否则，一次波就可能进入压制带。2）界面深度越深，反射波受速度误差的影响越小；反之，对浅层影响较大。3）随着道间距的增大，由速度误差引起的叠加参量av增大，通放带变窄，允许的最大速度差就要减小，速度的精度越高。4）反射波频率f越高，av越大，速度误差就可能使一次波落人压制带。因此，速度误差

25、较大时，叠加有压制高频成分的作用，使反射波的主频变低。,第三节 影响叠加效果的因素,61,二、地层倾角对反射波叠加的影响,当地面倾斜时，对水平叠加效果的影响可归结为:共反射点的分散和把倾斜界面当水平界面计算动校正量造成的校正不准的影响。,1、倾斜界面的共反射点分散,当反射界面倾斜时，各叠加道的反射信号并非来自同一反射点，随着炮检距的增大，反射点要向界面上倾方向偏移。,共中心点道集反映的不是一个共反射点，而是一个反射段，反射段的大小与界面的倾角及埋深、观测系统有关。,第三节 影响叠加效果的因素,62,用实际反射点偏离共中心反射点的距离来表示反射点分散程度地下反射界面的倾角为，O放炮，D接收，炮检

26、距为x，共中心点为M，在D点接收到的反射来自于R，而不是来自于M下面的M点。用ri=RM 来定量表示共反射点的分散程度。,第三节 影响叠加效果的因素,63,分散距离r 除了与炮检距、共中心点处界面的法线深度有关外，还与界面的倾角密切相关。倾角越大，炮检距越大，分散距离r 越大，反射点分散越严重，对共反射点叠加的影响越大。界面埋深越深，分散距r越小，反射点分散越不明显。离散距将第n个叠加道(i=n)与第一个(i=1)叠加道反射点的偏离距之差称为共反射点的离散距.,第三节 影响叠加效果的因素,64,倾斜界面共中心点的时距曲线方程 式中：h0M为共中心点M处界面的法线深度。设t0M=2h0M/V为M

27、处的自激自收时间，动校正量为：二项式展开得：,2、界面倾斜时动校正的剩余时差,V 为倾斜界面的等效速度,第三节 影响叠加效果的因素,65,激发点O上的自激自收时间t0，它与t0M关系为：式中：h0为激发点处的法线深度，h0M为中心点处的法线深度代入剩余时差公式得：,第三节 影响叠加效果的因素,等效速度替换为真速度,66,令q叫倾斜层剩余时差系数，时差曲线也是一条抛物线。倾斜界面的反射波剩余时差系数q总是负值，剩余时差也总是负值。,则,第三节 影响叠加效果的因素,67,1)对倾斜界面按水平界面的动校正量进行校正，则存在剩余时差，不能实现同相位叠加，影响叠加的效果，尤其倾角大时叠加效果更差。,3、

28、倾斜界面动校正的特点,第三节 影响叠加效果的因素,2)倾斜界面的反射波剩余时差总是负值，也即对于同一个t0，倾斜界面的动校正量总比水平层小，对倾斜界面的一次波总是校正过量，校正后波同相轴与波的初至波方向相反。,68,3)一般情况下，对多次波总是校正不足，正好与倾斜界面校正后反射同相轴相反，这为鉴别多次波和倾斜层反射提供了一个重要的标准。4)对于其叠加特性曲线，完全可以用与研究多次波叠加特性曲线的相同的方法研究界面倾角对反射波叠加特性的影响。倾斜层反射波的叠加效果，定性地说，如果剩余时差大于反射波的1/2周期，则叠加效果就会差些，一般在倾角不大的情况下t很小，对叠加效果影响不大。5)对于倾角较大的层状介质或陡构造地层，其真正实现共反射点 叠加需用偏移叠加方法。,第三节 影响叠加效果的因素,69,复习要点 1、掌握基本概念：多次覆盖、水平叠加、剩余时差。2、掌握基本内容：多次覆盖的方法原理和具体实现以及主要目的、共炮点和共中心点反射波时距曲线的主要异同点。3、多次波的类型及其特点、讨论全程多次波时距关系的思路及其方程特点、多次波剩余时差的特点、识别多次波的标志、讨论影响叠加效果的主要因素。,第五章 共反射点叠加法,