地震子波的再认识.docx

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1、地震子波的再认识一、地震子波概念：地震子波是地震记录褶积模型的一个分量，通常指由2至3个或多个相位组 成的地震脉冲，确切地说，地震子波就是地震能量由震源通过复杂的地下路径传 播到接收器所记录下来的质点运动速度（陆上检波器）或压力（海上检波器）的 远场时间域响应。一个子波可以由它的振幅谱和相位谱来定义，相位谱的类型可以是零相位、 常数相位、最小相位、混合相位等；对零相位和常数相位子波而言，可简单将其 看作是一系列不同振幅和频率的正弦波的集合，所有的正弦波都是零相位或常数 相位的（如90）；在频率域中，子波提取问题由两部分组成：确定振幅谱和相 位谱，确定相位谱更加困难，并且是反演中误差的主要来源。

2、二、子波提取方法：子波提取方法分为三个主要类型：1）、纯确定法：即用地表检波器或其它仪 器直接测量子波；2）、纯统计法：即只根据地震数据测定子波，这种方法很难测 定可靠性的相位谱；3）、使用测井曲线法：即使用测井曲线与地震数据结合，理 论上这种方法能够提取井点位置精确的相位信息，但问题是该方法要求测井和地 震间必须要有良好的对应关系，而将深度域样点转换为双程旅行时的深时转换可 能产生不恰当的对应关系，而这种不恰当的对应关系必将影响子波提取的结果。子波在各地震道之间是变化的，而且是旅行时间函数，即子波是时变和空变 的，也就是说，对每个地震剖面而言，都应该能提取大量的子波，但在实际应用 中提取可变

3、子波可能会引起更多的不确定性，比较实用的做法是对整个剖面或某 个目的层只提取单一的平均子波。三、零相位子波和常数相位子波：零相位子波和常数相位子波（Zero Phase and Constant Phase Wavelets.）首先，让我们来考虑雷克子波（Ricker Wavelet），雷克子波由一个波峰和两 波谷，或叫两个旁瓣组成，雷克子波依赖它的主频，也就是说，它的振幅谱的峰 值频率，或主周期在时间域的反函数（主周期可以通过测量波谷到波谷的时间来 获得）。如图1、图2为20Hz和40Hz雷克子波的时间域的波形和对应的振幅谱，注意子波的振幅谱是开阔的，子波在时间域变窄，表明分辨率增加，我们最

4、终追求的子波形态应是尖脉冲，其相位谱是直线，这样的子波在地震处理上是不现实的， 但这样的子波是我们追求的最终目标；图1、图2的子波是零相位的，或波形是 对称的，这样的子波具有我们要求的性质，因为子波的能量集中在正的波峰处， 这样的子波与反射系数褶积，能较好地解决反射问题，为了得到一个理想的非零 相位子波，将雷克子波进行90相位旋转（图3）和30的相位旋转（图4）， 90的相位旋转显示为波形不对称性，180的相位旋转只是零相位子波的反转，30相位旋转后波形也是不对称的。当然，一个典型的地震子波包含的频率范围比雷克子波的频率范围大，如图 5所示：是一带通滤波，在这儿我们考虑通过一个带宽15-60H

5、z的滤波器，该滤 波器已在5-15Hz、60-80Hz之处做过斜坡余弦处理，如果子波的振幅谱是一个简 单的箱状，则斜坡处理减小“尾零”响应是显而易见的；图5示的子波是零相位 的子波，它是一个非常好的地层子波，它也常常当作奥姆斯比子波。四、最小相位子波(Minimum Phase Wavelets):最小相位的概念对反褶积来说是非常有意义的，但对这一概念的理解却是非常困难的，对于这一概 念难于理解的原因是: 大多数的概念讨论都 把重点放在数学对物 理解释的推导上，我们 使用的最小相位概念 定义选在Treitel和 Robinson 1966 年的 定义:对于给定的一系 列的子波，都具有相同 的振

6、幅谱，最小相位子 波有最尖锐的边界，也 就是说，该子波有正的时间值。最小相位概念对我们来说之所以是重要的，其原因是：在炸药震源中的典型 子波其相位是近似最小相位的，而且，来自地震仪器的子波也是最小相位的(即激发和接收的子波都近似 为最小相位的)。图6是最小相位子波 的波形及相位谱，注意最 小相位子波对应时间零没 有优先分量，而且它的能 量尽可能集中在首部。 现在让我们看一下不同子 波对反射函数本身的影 响，图7展示的是不同子 波与同一反射系褶积结 果，第1道是反射系数，它来自一简单块状模型，四种子波对应4道合成记录， 第2道是高频的零相位子波合成记录(5/1080/100Hz)；第4道是低频零

7、相位 子波合成记录(5/1030/40Hz)；第3道是高频的最小相位子波合成记录(5/1080/100Hz)；第5道是低频最小相位子波的合成记录(5/1030/40Hz)。a- uaWKf普3EESF 坦B莒5图7 a中的四个不同子波与b中的第1道褶积（第1道 为反射系数），其褶积结果显示为b中的第2道至第 5道.从图7上我们可以看到如下的观测结果：（1）低频零相位子波（第4道）反射分辨率低对强反射界面的指示很好（2）高频零相位子波（第2道）反射分辨率高能很好地指示强反射界面（3）低频最小相位子波（第5道）反射分辨率低-分辨强反射界面能力差（4）高频最小相位子波（第3道）反射分辨率高指示强反射

8、界面的能力差基于以上观测结果，我们会很自然的得出这样的结论：零相位子波的频率越 高，其分辨率能力越强；同时，最小相位子波的频率越低，其分辨能力越差。五、地震子波与分辨能力的关系：地震分辨能力与地震子波有关，具体地说就是地震子波的频带宽度、延续时 间大小及子波形状控制着地震分辨率。1、地震的分辨能力主要取决于子波的频带宽度：我们常说提高地震的频率可以提高分辨能力，这种说法是不严格的，是有条 件的，也就是说，当子波的相位数一定时，即频率越高，子波的延续时间越短， 分辨能力越高；应当明确脉冲的尖锐程度主要取决于频带宽度，而不是频率成分 的高低。如图8所示：图a、d是一个宽频带的零相位子波及频谱示意图

9、，它的延续 时间比较短；图b、e是一个低频、窄频带的零相位子波，它的主频虽然与a的 相同，但因频带窄，延续时间比a长；再比较图b、c两个子波和它们的频谱可 以看到，因为它们的频带宽度一样，虽然图c的子波主频较高，但两者的延续时 间是一样的，图c的子波主频虽然比图a的子波高，但因图c的子波的频带比图a的窄，图c子波的延续时间比图a的还长。区姓时间氏军个距iw曲片图8子波的主!2、零相位子波的优点：图9频带宽度0-50Hz的零相位子波和最小相位子波1）在相同带宽条件下， 零相位子波的旁瓣比最小 相位子波的小，也可以理解 为能量集中在较窄的时间 范围内，所以分辨率高；如 图9所示：是最小相位子波 和

10、零相位子波，其带宽都是 0-50Hz，延续时间都是300毫秒，但零相位子波从极大到零值只有150毫秒，旁瓣的幅度也较小；而最小相位子波从极大到零值却用300毫秒时间，而且旁瓣的 幅度也大，如果在150ms的地层情况下，零相位子波就可以分辨该地层，而最小2）图10是用三种零相位子波与一对相距40毫秒、20毫秒和16毫秒的幅 度相等的尖脉冲褶积的结果；图11三种最小相位子波与三对相距时差不同的脉 冲褶积的结果图11是用三种最小相位子波与同样三组尖脉冲褶积的结果，分析比较这些结 果可以看出：零相位子波的脉冲反射时间出现在零相位子波峰值处，而最小相位 子波的脉冲反射时间出现在子波起跳处，后者的计时极不

11、准确，因为在实际地震 记录上，由于存在干扰背景，不可能准确读出初至，我们在地震解释中也比较习 惯于相位对比，所以零相位更便于解释。3）比较图10和图11还可以检验两种子波对对薄层的分辨能力，从实际结 果看出：零相位子波比最小相位子波优越，对于相距16毫秒的两个尖脉冲，三 个最小相位子波都显示不出，而零相位子波却仍能显示出两个明显分开的极值。六、数字子波及子波处理：图12是广泛用于地震模型计算和解释中的雷克（Ricker）子波；图13是在 地震资料数字处理中使用得较广泛的由罗宾逊（Robinson）提出的数字子波，它 是用有限长度的时间序列表示的，序列的第一个值为零时刻的子波振幅值，以后 为相隔

12、t的子波各幅值，根据子波的相位延迟性质又可分为下列几种数字子 波：（1）最小相位（延迟）子波，即在具有相同振幅谱的子波集内，其中相位 延迟谱是最小的，子波的能量集中在前部；（2）最大相位（延迟）子波，即子波集内具有最大相位延迟谱，子波能量 主要分布在后部。图12雷克子波图13数字子波图14地质模型及地震响应（3）混合相位 （延迟）子波，即 N个耦合（长度为 二的子波称耦合） 中既有最小相位子 波又有最大相位子 波，则它们的褶积 结合，长度为N+1 的子波称混合相位 子波，子波的能量 位于中部，在这些 具有不同相位特性的子波中，零相位子波（如雷克子波）同具有相同振幅谱的其 它子波相比，分辨率 最

13、高，而且它的峰值 时间就是反射波的 到达时间，这对于资 料解释是十分有利 的，随着勘探对象越 来越复杂，在地震资 料的地层岩性解释 中，地震子波和定量 振幅信息所起的作 用越来越重要，人们 希望把最终剖面上 的子波整形为零相 位子波，或者为了改 善反褶积效果，要求 子波是最小相位的， 为了实现这一目的， 就要进行子波处理， 所谓子波处理就是 寻找一个反褶积因 子（整形滤波器）把记录下来的子波整形为一种理想的形状，其实质就是调整子 波的相位谱，而严格地保持其振幅谱不变，得到了理想的基本子波后，各种复杂 地层、岩性组合的反射特征可视为是由基本子波的某种组合所形成的，图14（a） 是以零相位子波为基本子波的几种相关子波形态，（b）为这些子波对应的地质模 型及其地震响应；图15是海上资料子波处理的一个实例，它表明经处理后，子 波得到整形和压缩，提高了分辨能力，有利于进行速度估算和地层岩性及其含油气性的解释。