地震资料数字处理-4.

第四章速度分析、动静校正和叠加本章主要由以下几部分组成：§4.1概述§4.2动校正§4.3速度分析§4.4静校正§4.5水平叠加§4.1概述叠加是地震处理三大核心技术之一，其目的是压制随机干扰、提高地震信噪比。与叠加技术相关的研究内容：速度分析－为叠加提供最佳叠加速度。动校正－消除炮检距对反射波旅行时的影响。静校正－消除地表起伏和低降速带的变化对反射波旅行时的影响。高质量的动静校正是获取最佳叠加剖面的基础。§4.1概述速度是叠加的关键参数。关于速度的测量方法：声波测井的直接测量法；地震勘探数据的间接测量法。地震勘探中有关速度的概念：层速度、平均速度、均方根（rms）速度、瞬时速度、相速度、群速度、动校正（NMO）速度、叠加速度和偏移速度等。本章讨论根据地震数据来估测速度的方法。估测速度需要共中心点（CMP）记录所提供的非零炮检距数据。利用估测出来的速度校正非零炮检距时差，把记录到的数据体（在中心点-炮检距-时间坐标中）压缩为叠加剖面。§4.1概述§4.1概述一．动校正速度定义：为校正正常时差所用的速度称为动校正速度。1．单个水平反射层：NMO速度等于该反射层上部介质的速度。2．单个倾斜反射层：NMO速度等于该反射层上部介质速度除以反射层倾角的余弦。若考虑三维空间倾斜反射层，还需考虑方位角因素。3．多层水平反射层：小炮检距时，某个水平反射层的NMO速度等于该反射层上覆介质的rms速度。4．多层任意倾斜反射层：只要倾角不大，分布不广，仍可用双曲线近似。NMO速度与叠加速度的差别：NMO速度是依据小排列双曲线形状分布旅行时间（Taner和Koehler,1969;Al-Chalabi,1973）；而叠加速度则是依照与整个排列长度数据拟合最好的双曲线。但是在实际应用中通常认为这两种速度是相等的。§4.1概述二．速度分析方法建立在双曲线假设基础之上的常规速度分析方法：1．22xt法22xt平面上的反射波双曲线时距方程为线性方程。因此，从22xt坐标中的最佳拟合直线可估计出零炮检距上的反射波时间和该反射的叠加速度。2．速度扫描法该方法是应用一系列常速度值在CMP道集作动校正，并将结果并列显示，从中选出能使反射波同相轴拉平程度最高的速度作为NMO速度。3．常速叠加（CVS）法取测线的一小段，用一系列常速度值作叠加处理，不同的速度叠加成不同的叠加图象，称为CVS图象。从CVS图象中取出获得最佳叠加的速度为叠加速度。§4.1概述三．静校正地表起伏和/或近地表速度的变化所造成的静态时移会使水平层状介质中的反射波时距曲线偏离双曲线。对这种时移所作的校正称为静校正。1．野外静校正：在野外对估计出来的风化层和高程变化所做的初步校正称为野外静校正。2．剩余静校正：野外静校正后，在地震数据中仍然残留有各种剩余静态时移，通常在叠前必须估计出这类剩余静态时移值，并在CMP道集中加以校正。这种校正称为剩余静校正。区域速度函数或速度分析－初步NMO动校－估计剩余静校正量，进行剩余静校正－重新进行速度分析（提高所拾取的速度质量）－叠加－剩余静校正…。这是一个多次迭代过程。§4.1概述四．水平叠加水平叠加是将CMP道集记录经NMO动校后叠加起来，目的是压制随机噪音，提高地震信噪比。注意：叠加和偏移所要求的速度未必相同。叠加速度与倾角有关，而偏移速度与倾角无关。§4.2动校正单个水平地层的动校正共中心点道集地震波旅行时方程为（Pythagoras理论）：2222)0()(vxtxt（4.2.1）式中，x是震源与接收点之间的距离（偏移距），v是反射界面以上介质的速度，而t（0）是沿垂直路径MD的双程旅行时。注意深度点对地面的投影，沿着反射层正交线，与中心点M重合。这只有当反射层是水平的情况才如此。右图2是一个共中心点道集（CMP），也代表一个共深度点道集（CDP）（在这个CMP道集中的所有道包含来自同一深度点的反射。）图中偏移距范围为0~3150m，道距50m。反射层以上的介质速度为2264m/s。§4.2动校正在给定偏移距上的双程旅行时t（x）与零偏双程时之间的差称作动态时差NMO。NMO速度一旦估算出来，炮检距对波至时间的影响就能校正。双曲线时移校正的数值方法：根据原始CMP道集中A的振幅值找出动校后道集上A的振幅值。给定t（0）、x和NMOv值根据方程（4.2.1）算出t（x）。假定是1003ms，如果采样间隔为4ms，那么该时间就等于第250.75个采样点。因此，必须采取相邻的整数序样点上的振幅值通过内插或抽样定理来计算该时刻的振幅。§4.2动校正NMO动校值的计算：1)0(1)0()0()(212tvxttxttNMONMO表4-1不同炮检距x的NMO值和已知速度的零炮检距双程时间stNMO,st),0(smvNMO/,mx,1000mx,20000.250.5124200025003000350040000.3090.1400.0540.0200.0080.7800.4430.2010.0800.031§4.2动校正不同速度对均匀介质水平面反射的动校正：如果所用速度高于介质速度（2264m/s），双曲线不能完全拉平，称为欠校正。所用速度低于介质速度，双曲线上翘，称为过校正。传统速度分析的基础:采用方程（4.2.2）对CMP道集通过一系列常速度进行动校试验，使该道集的反射曲线拉得最平的速度就是叠前最佳动校正速度。1)0(1)0()0()(212tvxttxttNMONMO§4.2动校正二．水平层状介质的动校正对于常速层状介质，地震射线从震源S至深度点D然后返回接收点R，地面中点在M,炮检距为x。旅行时方程可表示为（Taner，Koehler，1969）：63422102)(xCxCxCCxt（4.2.3）式中322120,,1),0(CCvCtCrms是地层厚度和层速度的复杂函数。深度点D的均方根速度定义为：Niiirmstvtv122)0()0(1（4.2.4）此处it为第i层的双程旅行时间：ikktt1)0(。若排列近似为小排列（炮检距小于深度）则方程（4.2.3）中的级数可省略为：2222)0()(rmsvxtxt（4.2.5）比较（4.2.1）和（4.2.5），可见对于水平层状介质，若小排列近似关系成立，NMO动校速度等于均方根速度。省略高阶项的误差浅层同相轴t（0）=0.8s和t（0）=1.2s只是在大炮检距处有少许差别，通过省略高阶项，可用小排列双曲线近似求出水平层反射时间。§4.2动校正三．动校拉伸—动校正结果出现频率畸变，同相轴移向低频。主周期为T的波形经NMO动校之后拉伸为'T，拉伸量为：)0(ttffNMO（4.2.6）其中f是主频，f是所引起的频率变化，NMOt由方程（4.2.2）给出。影响：大炮检距上波形拉伸将严重损害浅层同相轴叠加效果解决办法：切除§4.2动校正表4-2NMO拉伸ff%st),0(smvNMO/,mx1000mx20000.250.51242000250030003500400012328510.2312892040.8表4-2列出用表4-1中速度关系所导致的动校拉伸，用频率变化百分比表示。可见拉伸主要限于浅层和大炮检距，譬如一个st25.0)0(，主频30Hz，炮检距2000m处的同相轴，经NMO动校后，主频移到了近10Hz。切除量：拉伸量50%－100%以上，在不造成质量下降的情况下尽量多保留CMP道参与叠加，通常要兼顾信噪比（S/N）和切除，采取折中。§4.2动校正未切除时，CMP的浅层部分可见一个低频的拉伸带§4.2动校正最佳切除选择法：采用逐步叠加，根据波形变化选择切除的方法。叠加次数是向近炮点方向逐步增加。切除太多是危险的，因为大炮检距是有效压制多次波所必需的数据。§4.2动校正四．单个倾斜地层的动校正对于倾斜层，中点M不再是深度点D在地表的投影。CDP道集和CMP道集只有在水平层状地层时才等价，在地下界面倾斜或速度横向变化时，这两种道集不相同。对于道集中的炮-检对来说，不论界面是否倾斜，中点M总是共中心点，但所记录的倾斜反射层CMP道集中的每一炮-检对，它所反映的地下深度点D则不相同。Levin（1971）由图4-13的几何关系导出具有φ倾角地层的时间方程如下：（4.2.7）22222cos)0()(vxtxt倾斜地层反射波同相轴作正确叠加所要求的动校速度比其上覆介质速度大。cosvvNMO§4.2动校正四．单个倾斜地层的动校正Levin把该结论推广到三维（3-D）空间倾斜界面，NMO速度不仅依赖界面倾角，而且依赖炮-检布排方位：（4.2.9）方位角是实际剖面方向与构造倾向的夹角（图4-14），视倾角的定义为：（4.2.10）由此定义重写（4.2.8）式的NMO速度：（4.2.11）该式与适用二维（2-D）界面几何关系的（4.2.8）式形式相同，但式（4.2.8）中所用的是真倾角，而（4.2.11）式中所用的是视倾角。2122)cossin1(vvNMOcossinsincosvvNMO§4.2动校正当倾角不超过16o时，速度比几乎不变；倾角为16o时，叠加速度与真实速度相差4%。总之，不论2-D或3-D，倾斜层的NMO速度跟倾角有关。高速水平地层跟低速倾斜层在炮检距时差上可以完全相同五．任意倾斜层状介质的动校正4.2.44.2.54.2.8图示几个任意倾斜地层的2-D界面反射路径几何关系:应看到CMP射线是由中点M以该倾斜界面的法射入射到D，不是D点。零炮检距时间是M到D的双程时间。Hubral和kery（1980）求出沿SDG路程旅行时间：高阶项2222)0()(NMOvxtxt（4.2.12）NiikkkiiNMOtvtv1112202)coscos()0(cos)0(1(4.2.13)式中角度由图4-18定义，对单一倾斜层，方程（4.2.13）简化为方程（4.2.8）。进而，对于水平层状地层，方程（4.2.13）又可简化为方程（4.2.4）。只要倾斜平缓，而且是小排列，就能利用双曲线近似表示旅行时间方程[方程（4.2.5）]，并且所需的NMO动校速度近似等于均方根速度[方程（4.2.4）]。Niiirmstvtv122)0()0(1cosvvNMO2222)0()(rmsvxtxt§4.2动校正表4-3各种地层模型的NMO速度模型NMO速度单个水平层反射界面以上介质的速度水平层状地层由小排列给出的均方根速度函数单个倾斜层界面以上介质速度被除以倾角的余弦多个任意倾斜层由小排列、小倾角定义的均方根速度函数在小排列和小倾角规定下，它们的NMO时间都近似符合双曲线，并由下式确定：2222)0()(NMOvxtxt（4.2.14）双曲线的NMO速度应同叠加速度不同，叠加速度是能对CMP道集作最佳叠加的速度，利用双曲线形状来确定出最佳的叠加轨迹：2222)0()(stststvxtxt（4.2.15）这里的stv是该排列范围上与CMP道集时间曲线最接近的某条双曲线的速度，该双曲线未必是方程（4.2.14）所定义的小排列双曲线。这类叠加速度stv与NMO动校速度NMOv的差别称为排列长度偏离（Alchalabi,1973;Hubral和Krey,1980）。从方程（4.2.14）和（4.2.15）可见，排列越短，最佳叠加双曲§4.3速度分析一．22xt法动校时间差是由地震数据确定速度的基础。用所得速度作动校正，使CMP道集在叠前对齐。方程（4.2.15）在22)(xxt平面上描述出一条直线，直线的斜率为１／v２st，截距为)0(t。表4-4由图4-20合成模型所估算的叠加速度与实测均方根速度st),0(叠加速度smxt/),(22实测均方根速度,sm/0.40.81.21.62000226