地震勘探的分辨率

地球物理系王永刚地球物理勘探课程内容•第1章绪论•第2章地震波运动学理论•第3章地震资料采集方法与技术•第4章地震波速度•第5章地震资料解释的理论基础•第6章地震资料构造解释第5章地震资料解释的理论基础•第一节地震剖面的特点•第二节复杂界面反射波特点•第三节地震勘探分辨率•第四节反射界面真正空间位置确定第三节地震勘探分辨率一、分辨率的定义与分辨率极限二、影响分辨率的主要因素三、提高分辨率的途径一、分辨率的定义与分辨率极限1、分辨率的定义分辨能力(resolvingpower)是指区分两个靠近物体的能力。度量分辨能力强弱的两种表示：一是距离表示，分辨的垂向距离或横向范围越小，则分辨能力越强；二是时间表示，在地震时间剖面上，相邻地层时间间隔dt越小，则分辨能力越强。定义：时间间隔dt的倒数为分辨率(resolution)。垂向分辨率是指沿地层垂直方向所能分辨的最薄地层厚度。横向分辨率是指横向上所能分辨的最小地质体的宽度。第三节地震勘探分辨率楔形地质模型的地震响应下图为已知基本子波与同极性双脉冲和反极性双脉冲的褶积结果,图中r为基本子波主峰值两侧转折点间的时差；R为基本子波波峰到波谷的时差；为双脉冲之间的时差。当R时，两个脉冲能很好地分开；当r或R时,两个脉冲就不能分辨了。同极性与反极性双脉冲的分辨率•2、分辨率的极限•(1)Rayleigh准则:两子波到达时差t≥T/2可分辨；•(2)Ricker准则：两子波到达时间差t≥(子波主极值两侧的两个最大陡度点的间距)可分辨；•(3)Widess准则：tT/4或h在/8与/4之间，合成波形的振幅与t近似成正比，可用合成波形的振幅信息来估算薄层厚度，这一工作称之为薄层解释原理。第三节地震勘探分辨率Rayleigh准则和Ricker准则基本子波与导数图中（a）基本子波;（b）两子波到达时间差较小,不能分辨;（c）时间差达到Ricker极限;（d）时间差达到Rayleigh极限;（e）时间差较大，易分辨。Widess准则;（a）两个子波到达时间差小于1/4视周期，阴影部分表示两者之差；（b）表明两子波之差形成的合成波形与子波时间导数一致。第三节地震勘探分辨率关于分辨率极限的小结•1、上述三准则的适用条件是:零相位子波；子波的相位数少，主极值大而明显；•2、Widess准则是目前地震勘探中普遍采用的分辨率极限，且为利用振幅信息研究薄层厚度提供了理论依据；•3、薄层解释原理：在时间～振幅曲线上，当h/4时，时差关系无法区分薄层顶底，但合成波形的振幅与时间厚度t近似成正比，确定其线性函数关系，并经已知井厚度信息的标定，实现薄层厚度估计。Widess模型与时间～振幅曲线第三节地震勘探分辨率•3、分辨率的定量表示•(1)纵向分辨率：h≥/4，可分辨；•(2)横向分辨率：•(3)Widess关于分辨率的定量表示：FnFnfsdffSdffCOSfSR0220)(/])()([FnmtsdffSaR022)(/；ma为子波的最大振幅Fn为Nyquest为率；S(f)为振幅为；θ(f)为相位为为于零相位子波：10fsRmavftVR02第三节地震勘探分辨率二、影响分辨率的主要因素•1.子波的频率成分：＝V/F；h≥/4•2.子波的频带宽度Fb或延续时间d：Fb增加或d减小，分辨率提高；•3.子波的相位特征：从Widess公式得以证实；•4.信噪比：S/N2，分辨率较高；•5.偏移成像的精度：与横向分辨率有关；•6.岩石的吸收作用：振幅随旅行时增加而呈指数规律衰减；吸收具有选频作用；•7.表层影响：低速层的衰减很严重。第三节地震勘探分辨率前三个影响因素的小结：•1.子波的带宽不变，若子波的主频增加或减小，则分辨率不变；•2.子波的主频不变，带宽增加或减小，则分辨率亦增加或减小；•3.换言之：带宽不变，若主频的增加或减小，则倍频程减小或增加、相位数增加或减小，分辨率都不变；倍频程不变，则相位数不变，若主频增加或减小，则带宽亦增加或减小，使分辨率随之增加或减小。倍频程OCT＝[lg(f2/f1)]/(lg2)；如5、10、20为2个倍频程，20、40、80也是2个倍频程。在此把以上讨论的影响分辨率的三个因素再综合考虑如下，即在零相位子波情况下，子波的振幅谱与分辨率有如下关系，参见左图。分辨率与带宽、主频的关系;图中B为频谱的绝对宽度，即B=f2-f1；R=f2/f1为频谱的相对宽度(1)振幅谱绝对宽度越大，则子波延迟时间越短，即分辨率越高；(2)振幅谱绝对宽度不变，则不论主频如何变化，分辨率不变；(3)振幅谱绝对宽度不变，则主频越高、相对宽度越小，分辨率与主频无关；(4)振幅谱相对宽度不变，则子波的相位数不变，此时主频越高，绝对宽度就越大，分辨率也越高；(5)由此可见，决定分辨率高低的是振幅谱的绝对宽度，而相对宽度决定子波的相位数，与分辨率没有直接关系。第三节地震勘探分辨率信号及噪音在各个频率成分中的比例新疆依南地区胜利商河地区地震剖面的信噪比影响了分辨率回转波图a水平叠加时间剖面图b偏移叠加时间剖面深度(米)厚度(米)地层及岩性层速度(m/s)Q值0~22第四系表土、松砂、壤土3601.482~53第四系砂土、粘土6004.555~1510第四系含水砂、土105015.590~151515~5035第四系上部180051.0250~200150第四系下部200064.33200~1000800上第三系N230087.481000~20001000下第三系上部E32800134.862000~40002000下第三系下部E23500220.334000~60002000E1—EK过渡层4500383.0三、提高分辨率的途径•1、选择合适的野外采集参数•2、采用反褶积或反演的方法•3、进行子波处理•4、做好地震偏移归位处理•5、提高速度分析的精度•6、采用井间地震等新方法、新技术第三节地震勘探分辨率提高分辨率的途径之一：选择合适的野外采集参数•1、胜利油田的四小二高：小药量、小井深激发、小组合基距、小偏移距和高覆盖次数、高信噪比接收。•2、大庆油田的四高四小一降低：高采样率、高宽频带接收、高覆盖次数、高自然频率检波器；小药量、小道距、小组合基距、小偏移距；降低环境噪音。•3、克服高分辨率勘探中的误区：唯武器论、评价野外记录质量的标准、小药量、组合、地面耦合等；•4、做好信号与噪音强度分析、降低高频环境噪音。提高分辨率的途径之二：采用反褶积或反演的方法•1、信噪比与分辨率往往是一对矛盾，提高分辨率通常会降低信噪比。•2、反褶积和反演的方法很多，通常选用多道反褶积方法和居于模型的反演方法。•3、在S/N2的地区，提高S/N为主攻方向；在S/N2的地区，提高分辨率为主要目标；在S/N4的地区，可略微损失些S/N而设法提高分辨率。野外常规施工经脉冲反褶积后的水平叠加剖面野外常规施工经两步法反褶积后的水平叠加剖面提高分辨率的途径之三：进行子波处理•子波处理就是严格保持子波的振幅谱不变，只改变子波的相位谱，使非零相位子波转化为零相位子波。这是因为在相同振幅谱条件下，所有不同相位特征的子波中，零相位子波的分辨率最高，而且零相位子波的主极值正好对应于反射界面的位置。提高分辨率的途径之四：做好地震偏移归位处理•1、偏移归位主要提高横向分辨率；•2、偏移的方法很多，如绕射扫描偏移、波动方程偏移(有限差分法、Kirchhoff积分法、频率～波数域法、有限元法等)；叠前、叠后偏移；二维、三维偏移；时间、深度偏移；•3、时间偏移与深度偏移的本质区别是：Thetermsdepthandtimeareusedtodistinguishthosealgorithmsthathandlelateralvelocityvariationsandproperlybendrays(depthmigration)fromthosethatdonot(timemigration).第三节地震勘探分辨率偏移前后菲涅尔带范围的变化：(a)偏移前菲涅尔带范围；(b)测线x方向偏移后范围；(c)测线y方向偏移后范围；(d)三维偏移后范围。(a)y提高分辨率的途径之五：提高速度分析的精度•1、从分辨率定量表达式中可知，速度对纵、横分辨率都有影响，速度分析精度的增加，可改进动校正、偏移成像及层速度计算的质量，进而提高了地震资料的分辨率；•2、速度场的研究越来越被人们所重视，变速成图、叠前深度偏移、油藏模拟等都要利用。提高分辨率的途径之六：采用井间地震等新方法、新技术井间地震示意图井间地震技术的突出优点是避开了表层的影响；震源和接收器就在介质中;可观测到多种类型的波；井间地震资料与地面地震资料联合使用可减少反演过程中的多解性。反VSP技术也有类似的优越性。反射波透射波直达波界面测井井间地震地面地震VSP30m30m30m第三节地震勘探分辨率测井、井间地震、VSP、地面地震资料垂向分辨率对比变井源距的三维VSP观测方式，地面或海面上炮点的布置方式多种多样，如规则网格、环状、放射状等。第三节地震勘探分辨率第三节地震勘探分辨率综合的多角度3DVSP数据体显示菲涅尔带半径横向分辨率问题AB＝t/2*V=(T/2)/2*V=T*V/4=/416/2/2hOA第三节地震勘探分辨率Bh影响横向分辨率的主要因素：1.偏移孔径(Aperture)－这是决定横向分辨率的主要因素。通常偏移孔径越宽,可展现的地层倾角越陡,横向可分辨的距离越小,即横向分辨率越高。2.几何路径(Geometry)－零偏移距道集横向分辨率最高。3.覆盖次数(Fold)－多次覆盖可减少噪音,进而可改进分辨率。4.采样率(Sampling)－采样率越小对分辨率的改进越有利。实践证明，采样率的不同对合成空间子波宽度的影响几乎为零，但对偏移噪音有较大的影响，采样率越小偏移噪音的压制效果越好。第三节地震勘探分辨率5.偏移成像的精度(Imaging)－精确成像这是地震资料处理所追求的目标。理论上讲,偏移可以把菲涅尔带收敛成一个点,绕射波得到收敛,但由于观测点密度的限制、噪音的存在以及介质的不均匀等,这种理想的情况实际上是做不到的。提高偏移成像的精度就是在实际条件允许的情况下,最大限度地提高地震资料的空间分辨率。第三节地震勘探分辨率横向分辨率随时间的变化关系0.5反射界面上有A、B、C、D四处不同宽度的断开。A处不同深度都不可分辨；0.5秒时B处可分辨；2.0秒以下C处也难于分辨；而D处在各个深度都可以分辨。