地震勘探原理-第5章地震波處理

地震數(shù)據(jù)處理過程一般分三個階段:預(yù)處理、參數(shù)提取和分析、資料處理。處理的最終結(jié)果是得到供解釋用的水平疊加時間剖面或疊加偏移時間剖面。第一節(jié)預(yù)處理

一、數(shù)據(jù)解編野外磁帶記錄數(shù)據(jù)是按時序排列的，即依次記下每道的第一個采樣值，

第五章地震數(shù)據(jù)處理2/2/20231各道記完后，再依次記下各道的第二個采樣值，依此類推。在數(shù)據(jù)處理中，將按時序排列的形式轉(zhuǎn)換為按道序排列(即第一道的所有數(shù)據(jù)都排在第二道之前，使同一道數(shù)據(jù)都排放在一起)這種預(yù)處理稱為數(shù)據(jù)解編或重排。數(shù)據(jù)處理2/2/20232二、編輯在地震數(shù)據(jù)采集中，由于施工現(xiàn)場復(fù)雜，外界干擾大，難免出現(xiàn)一些不正常道和共炮點記錄，這些記錄信噪比低，如果參與疊加處理會嚴重影響處理效果。2/2/20233在正式處理之前，需要對這些不正常的記錄進行編輯處理，例如對信噪比很低的不正常道進行充零處理，發(fā)現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)的工作道對它們進行改正等。另外，還要顯示有代表性的記錄并觀察初至同相軸，以便進行初至切除。2/2/20234

切除是為了消除包括噪聲的記錄開始部分所存在的高振幅，這樣做對避免以后處理時出現(xiàn)的疊加噪聲有好處。切除的方法就是用零乘需要切除的記錄段。

2/2/20235抽道集也叫共深度點選排，是把具有相同炮檢距點的記錄道排成一組，按共深度點號次序排在一起。抽道集處理后，磁帶上記錄的次序是以共深度點號（CDP)為次序的記錄，以后所有的處理都將方便地以共深度點格式進行。

三,抽道集2/2/20236

在野外數(shù)據(jù)采集過程中，為了使來自不同深度信號的能量能夠以一定的水平記錄在磁帶上，數(shù)字地震儀采用了增益控制，對淺層信號放大倍數(shù)低，深層信號放大倍數(shù)高。對經(jīng)過增益控制的地震記錄恢復(fù)到地面檢波器接收到的振幅值的處理稱為增益恢復(fù)。四、真振幅恢復(fù)處理2/2/20237數(shù)字儀對信號進行增益控制時的增益指數(shù)己記錄在記錄格式的階碼上，因此增益恢復(fù)的公式為A=A0/2n

其中A0為記錄到的采樣值，A為地面檢波器接收到的增益控制前的振幅值，n為階碼(即增益指數(shù))。2/2/20238

球面擴散是當波離開震源時由于波前擴散造成的振幅衰減，能量發(fā)生擴散，波的強度減小，而波場的總能量不變。如果介質(zhì)是各向同性的，則能量衰減與傳播距離的平方成反比。通常速度都是隨深度的增加而增加.非彈性衰減是彈性能量由于摩擦而耗散為熱的吸收的結(jié)果，波動能量消失。

2/2/20239通常地震波振幅隨時間呈指數(shù)衰減。高頻衰減比低頻快。與震源強度和震源耦合有關(guān)的影響，檢波器靈敏度和檢波器耦合及偏移距的影響。對這類影響主要通過地表一致性振幅校正程序，類似于自動剩余靜校正來完成。

2/2/202310參數(shù)提取與分析的目的是為尋找在常規(guī)處理或其他處理中常用的最佳處理參數(shù)，以及有用的地震信息，如頻譜分析、速度分析、相關(guān)分析等。這類數(shù)字處理還可為校正與偏移及各種濾波等處理提供速度和頻率信息，并可以自成系統(tǒng)處理出相應(yīng)的成果圖件，如頻譜、速度譜，通過相關(guān)分析進行相關(guān)濾波等。

第二節(jié)參數(shù)提取與分析2/2/202311地震勘探所得到的記錄中包含有效波和干擾波，這些波之間在頻譜特征上存在很大差別。為了解有效波和干擾波的頻譜分布范圍，需要對隨時間變化的地震記錄訊號進行傅里葉變換，得到隨頻率而變化的振幅和相位的函數(shù)，（地震記錄的頻譜—振幅譜和相位譜）。對地震波形函數(shù)進行傅里葉變換求取頻譜的過程叫頻譜分析。一、頻譜分析2/2/202312（一）地震波的頻譜分析一個地震道所接收到的振動圖形f(t)包含有效波s(t)和干擾波n(t)兩部分，即f(t)=s(t)+n(t)(4.2.1)要對信號進行頻譜分析，只要對其進行傅里葉變換求其頻譜F()

2/2/202313

對于地震訊號，可看作是非周期函數(shù)的連續(xù)譜。2/2/202314

具體計算時，需對地震訊號f(t)按t采樣間隔離散采樣，得到時間序列f(nt)，共有M個離散值。對F()按f的頻率間隔取樣，如果頻譜寬度有限，有N個離散值，則時間序列f(nt)的離散傅里葉變換公式為

2/2/202315式中n=0,1,2,…N-1,m=0,1,2,…M-1。由（4.2.4）和（4.2.5）可知，F(xiàn)(mf)的實部和虛部分別為:2/2/202316由此可得振幅譜2/2/202317相位譜為:

為更好了解有效信號和干擾噪聲的頻譜范圍，可分別選取信號和隨機噪聲時窗進行頻譜分析。為分析淺層和中深層信號的頻譜，可從淺至深不同時間處選取時窗進行頻譜分析。2/2/202318(二)地震波的頻譜特性:地震波的一般頻譜特征,如圖所示:2/2/2023191．面波頻譜的峰值低于有效波，聲波頻譜峰值偏高，與有效波的頻譜范圍有較寬的重疊;2．微震干擾波的頻帶較寬;3．有些規(guī)則干擾波與有效波頻譜差異不大，如淺層記錄中的外界相干干擾波和多次波4.橫波與縱波相比頻譜峰值低，頻帶窄;5高速薄層反射波頻譜相對厚層要偏高;2/2/202320

6．大炸藥量激發(fā)比小炸藥量激發(fā)頻譜要偏低，小炸藥量激發(fā)比錘擊頻譜要寬;7.反射波的頻率隨著低降速帶厚度的增加而降低。當?shù)退賻л^薄或表層速度較高時，獲得的反射波頻率較高。

2/2/202321速度參數(shù)在淺層地震資料的數(shù)據(jù)處理和解釋中是非常重要的參數(shù)，例如校正、疊加和偏移都需要知道速度。

二、速度分析2/2/202322

圖4.6-36可控震源野外記錄的相關(guān)處理

2/2/202323

另外速度參數(shù)可提供關(guān)于構(gòu)造和巖、土性質(zhì)有價值的信息，例如構(gòu)造探查要了解地下反射界面的分布，實質(zhì)上是波阻抗參數(shù)的地下分布，巖性探查要得到地下巖性的分布，更與各種巖性參數(shù)(例如速度、吸收系數(shù)、泊松比等)的提取有關(guān)。2/2/202324由于地下介質(zhì)的復(fù)雜性，故參數(shù)提取是一個十分復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，只能用一些簡化的方法和近似的假設(shè)條件來求取。所用方法不同，可得到不同定義的速度參數(shù)。地震速度分析中普遍采用速度譜分析和速度掃描技術(shù)，得到平均速度、均方根速度、層速度等速度參數(shù)。

2/2/202325

設(shè)共反射點道集內(nèi)有N個記錄道，其炮檢距分別為x1，x2，…xn，各個記錄道對應(yīng)的正常時差分別為t1，t2，…tn，炮檢距為xi的第i個記錄道的正常時差為

（一）速度譜分析的原理和制作方法2/2/202326

可見對于給定的炮檢距，正常時差ti是垂直反射時間t0和疊加速度vs的函數(shù)，因而從反射波正常時差t的分析中可以提供均方根速度的信息，這就是速度分析的基礎(chǔ)。

2/2/202327

在速度分析中，常用的方法是速度譜和速度掃描。速度譜的概念是從頻譜的概念借用而來的，頻譜表示波的能量相對頻率的變化規(guī)律，人們就將地震波的能量相對速度的變化稱為速度譜。根據(jù)動校正原理，選取一系列試驗速度分別代入(4·2·16)求取正常時差ti，2/2/202328

波時距曲線進行動校正，看其校正以后雙曲線形狀的同相軸是否變成t=t0的水平同相軸，如果變成水平同相軸，則所采用的速度就是最佳疊加速度.

衡量同相軸是否被拉平，可以選擇不同的判別準則，如果以共反射點波組疊加波形的能量來判別，則當選用速度合適時，同相軸被拉平。速度譜分析2/2/202329

形成同相位疊加，疊加波形的能量為最大。按這一原理設(shè)計的速度譜稱為疊加速度譜。

為求取地震波的疊加速度，可以根據(jù)地區(qū)的地質(zhì)情況和有關(guān)資料，大致估計在某一t0時的速度變化范圍為v1,v2,…vm,將每一速度代入(4.2.16)式計算每道的正常時差ti,做動校正，然后把動校正后的各道記錄振幅按下式疊加，得相應(yīng)的平均振幅

2/2/202330其中，N為共深度點道集內(nèi)的道數(shù)，fi,j+r表示第i道中第j+ri個樣值。當試驗速度vk與地震反射波的疊加速度一致時，平均振幅A(vk)最大，此時各道是同相位疊加。當試驗速度大于或小于界面反射波速度時，由于各記錄道上反射波不能同相位疊加，因此平均振幅較小，2/2/202331如圖4.2-4所示。根據(jù)這個道理，就可以取最大平均振幅對應(yīng)的速度,做為該t0處反射波的疊加速度，由式(4.2.17)可知，平均振幅A(vk)隨速度而變化，每給定一個試驗速度，可得到一個疊加振幅值，一系列速度就對應(yīng)著一條疊加振幅隨速度變化的曲線。該曲線稱之為速度譜線。速度譜2/2/202332

如圖4.2-4(c)所示。只要在速度譜線上找出最大值，即可確定該t0時刻的速度。如果改變t0值，重復(fù)上述求疊加速度的步驟，就可以把整張記錄上所有實際存在的同相軸所對應(yīng)的速度全部找出來，從而確定出速度隨t0時間的變化規(guī)律(圖4.2-4(d))。如果我們不僅計算出某一固定t0時間處對應(yīng)于不同速度的平均振幅值，同時對t0時間

2/2/202333進行掃描，計算出所有t0

時間不同速度的平均振幅，就相當于計算所有網(wǎng)格點(圖4.2-5)上的疊加振幅值。如果以橫軸表示速度，水平軸表示雙程運行時t0

，垂直軸表示疊加振幅，則速度譜成果可顯示為圖4.2-6所示的三維圖形，其中的峰值稱為能量團，每一個能量團對應(yīng)著一個強的反射信息。速度分析2/2/202334圖4.2-4用多次覆蓋資料計算速度譜原理圖

2/2/202335圖4.2-5計算疊加速度譜的網(wǎng)絡(luò)2/2/202336圖4.2-6三維顯示形式的速度譜2/2/202337

速度掃描是用一組試驗速度分別對單張(CDP)道集記錄或單次覆蓋共炮點記錄作速度掃描動校正，即一次用一個試驗速度對整張記錄上的所有波組進行動校正(恒速動校正)，得到一張校正后的記錄。當所用的某一試驗速度正好與某一t0時間所對應(yīng)的真實速度一致時，此t0時刻的同相軸（二）速度掃描2/2/202338會變得平直，其他同相軸或者上彎(速度過高，校正不足)，或者下彎(速度過低，校正過量)。尋找各試驗速度校正記錄上的平直同相軸，可以得到不同t0時間處反射波的速度。由速度掃描獲得的速度是疊加效果較好的速度.

它適用于地質(zhì)條件復(fù)雜得不到好速度譜的地區(qū)，但處理費時長，成本高。2/2/202339由于通過速度掃描或速度譜求出的速度反映了疊加效果的好壞，一般稱之為疊加速度vs

實質(zhì)上它表示用雙曲線擬合有效波時距曲線時，擬合效果最好的速度，故也稱之為雙曲線擬合速度。

2/2/202340

(三)各種速度之間的關(guān)系在水平層狀介質(zhì)中，波沿某一條射線傳播時，它傳播的總路徑與總時間之比就是射線速度vr,

2/2/202341式中hi

為第i層厚度，p為射線參數(shù)。這是沿一條射線取平均算出的速度。射線不同，vr

也不同。由于射線速度不僅考慮了波在界面的“偏折效應(yīng)”，同時也考慮了橫向不均勻的影響，

1.射線速度比其他速度更精確；

2.當射線參數(shù)p為零(或炮檢為零)時的射線速度即平均速度，2/2/202342

因此射線速度大于等于平均速度;3.炮檢距為無窮大時的射線速度等于水平層狀介質(zhì)中最高速度層的速度。4.由于均方根速度是等效均勻?qū)拥淖罴焉渚€速度，它也考慮了射線在界面的“偏折效應(yīng)”，它總是大于平均速度。2/2/2023435.水平層狀介質(zhì)情況下，炮檢距不太大時的疊加速度就是均方根速度;6.對于單層均勻介質(zhì)，疊加速度就是介質(zhì)的真速度；在傾斜界面情況下，疊加速度是等效速度（均方根速度除以界面傾角之余炫）2/2/202344

1．迪克斯（Dix）公式水平層狀介質(zhì)情況下，疊加速度就是均方根速度，因此迪克斯（Dix）公式就是由均方根速度求層速度的公式。

（四）層速度的計算2/2/202345

對于傾斜地層，疊加速度就是等效速度，Dix公式寫為2/2/202346

由于野外數(shù)據(jù)采集過程中不可避免地存在許多干擾，地震有效信息被它們所掩蓋，因此必須對資料進行提高信噪比的數(shù)字濾波處理。數(shù)字濾波是根據(jù)有效波和干擾波的頻譜特性和視速度特征方面的差異，利用頻率濾波和二維視速度濾波來區(qū)分它們。第三節(jié)數(shù)字濾波處理一、數(shù)字濾波概述2/2/202347由于頻率濾波只需對單道數(shù)據(jù)進行運算，故稱為一維頻率濾波。根據(jù)視速度差異設(shè)計的頻波域濾波需同時處理多道數(shù)據(jù)，故又稱為二維視速度濾波。

一個原始信號通過某一裝置后變?yōu)橐粋€新信號的過程稱為濾波。原始信號稱為輸入，新信號稱為輸出，該裝置則叫做濾波器。二、濾波器的一般特性2/2/202348

當一個信號輸人濾波器后，輸入信號中的某些頻率成分受到較大損耗，這種輸出和輸入信號的相應(yīng)關(guān)系，就體現(xiàn)了濾波器的特性.頻率域濾波的表示方法是把地震信號分解成各種不同頻率成分的信號，讓它們通過濾波器，然后觀測各種不同頻率的信號在振幅和相位上的變化。信號振幅和相位隨頻率的變化關(guān)系稱為濾波器的"頻率特性"或"頻率響應(yīng)"。2/2/202349例如振幅隨頻率的變化關(guān)系，稱振幅頻率特性;相位隨頻率的變化關(guān)系，稱相位頻率特性。如圖4.3-1所示。時間域內(nèi)濾波特性的表示方法，是把一個單位脈沖通過濾波器，然后觀測濾波器對單位脈沖的影響。2/2/202350圖4.3-1頻率域內(nèi)濾波特性的表示法2/2/202351第五節(jié)校正和疊加處理一、野外靜校正包括井深校正、地形校正、低速帶校正。見圖

2/2/202352

靜校正示意圖2/2/202353進行野外靜校正處理時，首先對共深度點道進行選排，找出每一道的炮點和檢波點的位置，求出相應(yīng)炮點和檢波點的t靜校正值，可以從井口記錄道上直接讀出，稱為井口值。因波從O向下傳播少用了時間T，校正時要把此值加到波的旅行時間中.靜校正處理2/2/2023541．井深校正井深校正是將激發(fā)源0的位置由井底校正到地面0j(見上圖)，其方法有二:2/2/2023551)在井口埋置一井□檢波器，記錄直達波由0傳至地面0j的時間j，即井深校正值，又稱為井口時間。2)用已知的表層參數(shù)及井深數(shù)據(jù)，按下式計算井深校正量2/2/202356式中V0是低速帶波速，V為基巖波速，h0+hj為炮井中低速帶厚度，h是基巖中炸藥埋置深度。因為井深校正總是向時間增大的方向校正，故此式前面取負號。2/2/2023572．地形校正地形校正是將測線上位于不同地形處的炮點和檢波點校正到基準面上。如圖6.4-5所示，炮點地形校正量為

地形校正2/2/202358

而檢波點地形校正量是此道(第j炮第l道)總的地形校正量為2/2/202359

地形校正量有正有負，通過h0、hs的正負體現(xiàn)出來。通常規(guī)定當測點高于基準面時為正，低于基準面時為負

2/2/2023603．低速帶校正低速帶校正校正是將基準面下的低速層速度用基巖速度代替。求取低速帶校正量的公式在炮點處為:

低速帶校正2/2/202361

在檢波點處為故此道總的低速帶校正量為2/2/202362

因為基巖速度大于低速帶速度，低速帶校正量總是正的,第j炮第l道的總的校正量為2/2/202363(3)靜校正的實現(xiàn)由于靜校正值有正有負，校正時則使記錄道樣值可能向前(向小時間方向)或向后(向大時間方向)在計算機內(nèi)存中搬家。

2/2/202364如果記錄校正值為+4個采樣間隔，則該道記錄全部樣值要向前般動四個單元，搬動時要從小時間的樣值開始并依次搬，記錄道最前面的四個樣值校正后被沖掉，靜校正2/2/202365地震道的記錄樣式2/2/202366結(jié)果第一個樣值就是原記錄道上的第五個樣值，然后把尾部的四個單元沖零。當靜校正值是-4個采樣間隔時，則該記錄道的全部樣值要依次向后面搬動四個單元，2/2/202367開始搬時將倒數(shù)第五個樣值搬到最后，并倒序依次向后搬，結(jié)果原記錄上的最后四個樣值沖掉，把最前面的四個單元充零。對于不滿一個采樣間隔的校正量則由插值濾波實現(xiàn)校正。由于對于同一道地震記錄，靜校正值相同，這便是靜校正中“靜”的含義。

2/2/202368

1．動校正處理就是把炮檢距不同的各道上來自同一界面、同一點的反射波到達時間，校正為共中心點處的回聲時間；動校正就是正常時差校正，對于共炮點道集和共深度點道集均可進行；

二、動校正2/2/202369

2．目的：消除炮檢距變化的影響,實現(xiàn)同相位疊加；3．記錄道的動校正量計算2/2/202370

式中tij表示第i個界面第j道的動校正量，t0i為共中心點處第i個界面一次波的自激自收時間，tij是炮檢距為xj的第j道上第i個界面的一次反射波到達時間，v(t0i)是t0i時刻的波速，j=1,2,…N,N是共反射點道集的總道數(shù)

動校正2/2/202371

4.對于任一道記錄來說，深淺層反射波的動校正量不同，淺層波組的動校正量大于深層波組的動校正量。這就是動校正中“動”的含義。

5.動校正方法是將一道中所有樣值分為若干組進行“搬家”，組內(nèi)動校正量具有相同的整數(shù)倍采樣間隔，不同組校正量不同。2/2/202372

6.合適的動校正量取決于動校正速度函數(shù)，當動校正量合適時，能夠把共反射點道集內(nèi)反射波旅行時間校正為雙程垂直旅行時間，實現(xiàn)同相位疊加。圖4.5-1表示了動、靜校正對一個CDP道集的影響。7．動校正引起波形拉伸，淺層波組拉伸現(xiàn)象比較嚴重。

2/2/202373圖4.5-1靜校正、動校正對一個CDP道集的影響2/2/202374

圖4.5-2動校正過程中的波形拉伸校正前波形由t1-t2

校正后被拉伸到t01-t02

2/2/202375

圖4.5-2中A(t)表示動校正前的記錄，A(t)表示動校正后的記錄。對比t1

和t2

時刻到達的兩個反射波，應(yīng)分別向前挪動t1

和t2

，校正到t01

和t02

的位置。

動校正2/2/202376顯然，校正后的波形被拉長，因此動校正總是將反射波形拉伸，使反射波的視頻率降低。這種情況稱動校正的拉伸畸變，大炮檢距的淺層反射波拉伸畸變尤為嚴重。即（1）同一道波，淺層畸變大，深層畸變小；2/2/202377（2）不同道上同一層,炮檢距大的畸變大，炮檢距小的畸變小。即使使用速度參數(shù)正確，只要采用逐點計算的方法，就會產(chǎn)生畸變。（3）處理畸變的方法是切除，即將畸變大的那部分樣值沖零。動校正2/2/202378

在資料處理中，水平疊加之前需要切除各種干擾波，例如切除強振幅的初至波，這些初至波一般是淺層折射波和直達波等干擾。應(yīng)切除因動校正引起的拉伸畸變部分。這部分通常在動校正程序內(nèi)切除;另外，還應(yīng)切除淺層寬角反射波，因為淺層寬角反射常發(fā)生相位畸變。2/2/202379

有時對未濾凈的震源干擾波也采用內(nèi)切除的方法，以防止強振幅的相干干擾波參與水平疊加處理，影響疊加剖面質(zhì)量。三、剩余靜校正由于低、降速帶厚度往往測不準，并有地震波在表層傳播時，射線路徑是垂直的假設(shè)等因素，使得野外一次靜校正后不能完全消除表層因素的影響，2/2/202380

仍殘存著剩余的靜校正量。提取表層影響的剩余靜校正量并加以校正