地震勘探资料解释的理论基础一

第七章地震勘探资料解释理论基础地震资料处理简介地震资料处理简介地震资料处理简介地震资料处理简介地震资料处理简介地震资料处理简介地震资料处理简介地震资料处理简介第一节地震资料处理简介第一节地震资料处理简介第一节地震资料处理简介第一节地震资料处理简介第一节地震资料处理简介在前六章讨论了地震波的运动学，野外数据采集的一些理论和方法，以及地震波速度的概念。地震勘探原理课的一个重要内容是地震资料的解释，为了初学者的方便和考虑教学安排上的更合理，我们把解释工作分为构造解释和岩性解释两部分分别介绍。在具体介绍构造解释的方法步骤之前，在第七章先集中讨论几个与解释关系比较密切的基本概念和理论问题。为下一步学习解释方法打好基础。本章内容第一节地震剖面的特点第二节地震绕射波和物理地震学第三节地震勘探的分辨能力第四节反射界面真正空间位置的确定第五节地震剖面的偏移第六节弯曲界面反射波的特点第一节地震剖面的特点一一道地震记录面貌的形成二在地震剖面上识别各种波的标志三水平叠加时间剖面的特点一道地震记录面貌的形成下图是同一地点得到的地质柱状图、连续速度测井曲线和地震记录。从图上可以看出，反射地震记录上只能看到0.6、0.9、1.2妙处有较明显的反射。从图上对比分析，发现这三组反射波并不严格地对应着三个速度界面或三个地层界面。地震记录面貌的形成：由爆炸产生的尖脉冲－传播-波形逐渐稳定-遇到界面产生反射和透射－从各界面反射回来的的子波形状严格讲是有差别的，但可以近似认为不变。反射子波的振幅有大有小，极性有正有负，到达时间有先有后，它们叠加的结果就得到地震记录。地震子波：震源产生的信号传播一段时间后，波形趋于稳定，我们称这时的地震波为地震子波。爆炸时产生的尖脉冲，在爆炸点附近的介质中以冲击波的形式传播，当传播到一的距离后，波形逐渐稳定，我们称这时的地震波为地震子波。地震波在传播过程中，其振幅会因各种原因而衰减，但波形的变化是很小的，在一定的条件下，可以看成不变。地震子波在向下传播的过程中，遇到波阻抗界面会发生反射和透射，最后，地震子波从地下各个反射面反射回来。这些反射回来的子波在波形上，严格讲是有差别的，近似地可以认为一样，并且这些反射子波在振幅上有大有小（主要决定于反射界面的反射系数），极性有正有负（决定于子波反射系数的正负），到达时间有先有后（决定于界面的深度和波速）。反射系数：iiiiiiiiiiiiZZZZK111111另外，地下地层的厚薄对于记录面貌的形成也有影响。设地震子波的延续时间为,穿出岩层的时间为。t如图：S点接收到的来自R1，R2，R3界面的地震子波，相互迭加的结果，①+②+③的复波。①岩层较厚，同一接收点收到的来自界面R1和R2的两个反射面也可以分开。形成2个单波。保留着各自的波形特征。这种情况，一般较少。t②岩层较薄时，来自相距很近的各个反射界面的地震反射子波，到达地面一个地质点时，相互迭加，形成复波。t它已分不出哪是R1上的波形，哪是R2上的波形，哪是R3上的波形。这说明:地震记录上看到的一个反射波组，并不是简单的等于一个反射波，即：并不是来自一个界面上的反射波，而是来自一组靠得很近的界面的许多地震反射子波迭加的结果。在这一组靠得很近的界面中，必有起着主要作用的界面。那么，以某一个界面为主的一组靠得很近的界面，只要这些薄层的厚度和岩性一定的地段或地区是相对稳定的，则来自这组界面的许多地震反射子波的相互关系也是相对稳定的。因而，它们的迭加结果——地震记录上的反射子波组，其波组特征（相位个数，哪个相位最强等），也一定具有某些相对稳定的性质。这就是地震记录面貌形成的过程。同时也说明了，地震记录上的波组与地下岩层之间既有联系又有差别的关系。上述地震记录面貌形成的物理过程可概括成如下数学公式：X(t)=s(t)*R(t)褶积运算X(t)为人工合成地震记录；S(t)为地震子波；R(t)是各个地层界面的反射系数随界面双程反射时间t的变化。由声波测井资料获得地震记录的褶积模型右图为野外地震记录和合成地震记录的比较。由此可见，地震记录的褶积模型理论是基本上符合客观实际的、正确的。二、在地震剖面上识别各种波形的标志上面讲的是一道地震记录形成的机理，在实际工作中，用于解释的是“一张由许多地震道依次排列的地震剖面。”不同的类型和传播特点的波的同相轴，在剖面上会表现出不同的特点。这些特点，就是我们进行解释时，在地震剖面上识别各种波的依据。（地震资料解释中，在剖面识别各种波的工作中叫“波的对比”）地震波对比有如下四大基本原则：1、同相性：由于同一反射波到达相邻很近的两个检波点的路程是很相近的，因而，同一反射波的相同相位，在相邻地震道上的到达时间也是相近的。因而，每道记录下来的振动图是相似的，所以同相轴应是一条圆滑的曲线，有一定的规律，相邻道的波形相似或渐变。（相干性）2、振幅显著增强由于野外采集和室内处理中，已采取了许多产增强信噪比的措施，所以在地震剖面上，反射有效波的能量一般都大于干扰背景的能量。所以反射波的能量较强。3、波形特征（动力学特征）同一反射波在相邻的地震道上的波形特征，主周期，相位数等是相似的。（由于震源所发出的地震子波基本相同，同一界面反射波传播路程相近，传播过和中所经受的地层吸收等因素的影响也相近）。4、时差变化的规律：地震剖面已经过了动校正和水平叠加，可以看作自激自收记录。在地震剖面上，一次反射波同相轴是直线；绕射波和多次波同相轴仍是弯曲的，直达波、折射波（在共炮点记录上是直线）的同相轴动较正后变成了曲线，这是在地震剖面上识别波的类型的重要依据。图中a是直达波，V=650米／秒,b是风化层底面的折射波Vn=1640米／秒；c是来自一个水平界面的折射波Vr=4920米／秒；d是折射界面c的反射波Vap=1640米／秒；e是一个水平反射界面的反射波Vav=1970米／秒；f是一个水平反射界面的反射波，Vav=2300米／秒；g是倾斜反射界面的反射波，Vav=2630米／秒；h是d的多次波；i是e的多次波；j是面波V=575米／秒；k是声波V=330米／秒。地震剖面上识别波的类型地震剖面上识别波的类型本图是经过正常时差校正后的情况，一次反射波同相轴变为直线，在处理中还要进行“初至切除”，所以图中虚线的左上角部分没有把校正后的直达波a和折射波b显示出来．a、j、k三条同相轴没作校正保持了原样。上述四个标志中，1，2两点用来识别在地震剖面上是否有一个波出现；3，4两点可以帮助我们进一步识别波的类型特征，以及对产生这个波的界面的特点作出推断。三、水平叠加时间剖面的形成及其特点水平叠加时间剖面形成:1、给定中心点，抽取该中心点道集。2、动较正，使反射波时距曲线成直线。3、水平叠加形成一道，放在中心点正下方。目前，在地震资料解释中使用最多的最基本的仍然是水平叠加时间剖面（3D资料解释中用经过3D偏移的3D数据体）前面已经指出了水平叠加时间剖面的一些特点，下面把这些特点小结一下。经水平叠加后时间剖面，已相当于地面各点自激自收剖面。一般情况下（地层倾角小，构造简单），能直观地反映地下地质构造特征，同时也保留了各种地震波的现象和特点，为我们进行地质计算提供了直观的丰富的资料。水平叠加剖面与真正的地质剖面是有差别的。①在测线上同一点，由钻井资料得到的地剖面上地层界面与时间剖面上的反射同相轴在数量上出现位置上，常常不是一一对应。另外，时间剖面的纵坐标是t0，不是深度，（v随深度面变化）所以，时间剖面上的反射同相轴，所反映的界面形态有假象。要引入速度函数，把t0变换成h后，才能与钻井剖面或测井曲线对比。②时间剖面上的反射同相轴及波形本身都包含了地下地层的构造和岩性信息。反射同相轴是与地下界面对应的，一个界面的反射特性又与界面两边的岩性有关。一个反射波并不是与一个层简单对应，而是与两个层有关。必须经过一些特殊的处理（波阻抗技术等），能把反射波包含的界面信息转换成为与“层”有关的信息。这时才能与地质和钻井资料更直接地对比。③时间剖面地层的真实位置在界面倾斜时有偏移偏移现象：当界面倾斜时，水平叠加剖面上反射波的位置不与反射点的位置一致，反射点向上倾方向偏移，这种现象称为水平叠加剖面的偏移现象。时间剖面，当界面倾斜时，时间剖面得到的是来自倾斜反射层的法线反射时间，是放在记录点的正下方。图(a):深度剖面，3个水平界面，2个倾斜界面；图(b):在地面自激自收得到的时间剖面；其中，在地面0点的自激自收记录道上有5个反射，在时间剖面上把这5个反射都显示在0点的正下方。(a)(b)水平叠加剖面上反射点的偏移但实际上，从（a）可以看出，两个反射波的反射点都不在O点正下方，而是沿界面上倾方向偏移了一段距离。右图从另一方面说明了反射点偏移的情况。图中2E和2N两条测线得到的反射，实际上并不是来自测线正下方，这些反射点在地面的投影是一条弯向顶部的曲线。④在构造复杂的地区，在时间剖面上还会出现各种异常波，如绕射波，凹界面的回转波等，它们的同相轴形态与地质剖面完全不同，不能直接用来用地质解释。（必须经过严格处理才能用来解释，恢复真实面貌）第二节地震绕射波和物理地震学一绕射波的产生二断棱绕射波的主要特点三水平叠加时间剖面上绕射波的叠加效果四反射界面真正空间位置的确定五地震剖面的偏移六弯曲界面反射波的特点在第一章，对层状介质、均匀介质、连续介质反射界面为平面的情况，讨论了反射波的传播规律。但是，把地层分界面看成是一些延伸很长的平滑的平面，只是对地下实际情况的一种很粗略的简化。实际上地上地质构造往往是很复杂的，由于构造运动的结果，会产生断层、不整合、地层的绕曲褶皱等。由于存在这些比较复杂的构造，地下的地层界面就可能发生中断、弯曲或变得起伏不平，当地下的地质构造除了产生次反射波外，还会出现一些与复杂构造有关的地震波，如断面反射波、绕射波、回转波等等。习惯上把它们称为异常波。异常波的存在，一方面会与一次反射波发生干涉，使地震剖面的面貌复杂化，给波的对比和解释带来困难；另一方面，异常波是地下复杂的地质构造引起的，必须同地下复杂的构造有着某些联系——提供了利用它们来了解地下复杂构造的特点的可能。一、绕射波的产生绕射波定义：几何地震学认为地震在传播过程中，如果遇到一些地层岩性的初变点，（断层的断棱，地层的尖灭点等）。这些突变点一会成为新震源，再次发出球面波，向四周传播。这种波在地震勘探中，称为绕射波。绕射波的曲线方程：绕射波的整个传播时间分为两个部分，一部分为入射波从O到R所需的时间2211ORtLhVV另一部分，R点产生的绕射波传播到测线上各点所需的时间2221()RmthxLVV∴绕射波的整个传播时间为2222121tttLhxLhv绕射波时距曲线特点1、是一条双曲线。R点产生的绕射波时距曲线与在R’点激发，深度为h/2水平界面的反射波时距曲线，在形状上是一样的。（R为R’的虚震源）注意：激发点移动时，曲线极小点在测线上位置不变，绕射点正上方。但整条绕射波曲线沿t轴平稳，曲线形状保持不变。221(,)LLhhV2、绕射波时距曲线极小点坐标为:曲线的极小点在绕射点的正上方3、两曲线在x=2L外相切。绕射波时距曲线与同界面反射波时距曲线在x=2L上相切。M点:Rm为反射波的最后一条射线。同时RM又是在M点的一条绕射波射线。可见，在M点，界面RS上的反射波，和R点的绕射波是同时到达的。证明：两曲线在M点（x=2L处）斜率相等2222222142144txLtxhVdLLdxVVLhLhFF2221txLdLdxVLhR1、绕射波时距曲线方程对x微分后为：1、反射波时距曲线方程为：∴在M点处两曲线斜率相等，在M点相切。在测线上除M点以外的其它各点，反绕ttO放炮，A点接收的反射波为：O*A绕射波传播到A点的路程等于O*R+RA。显然O*AO*R+RA，这表明整条绕射波时距曲线在反射波时距曲线的上方。以上指出的绕射波时距特点，绕射波时距曲线与反射波时距曲线关系，对于我