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1、地球物理系 王永刚,地震资料解释的理论基础,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(resolving power)是指区分两个靠近物体的能力。度量分辨能力强弱的两种
2、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
3、、分辨率的极限(1)Rayleigh准则:两子波到达时差tT/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
4、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
5、，可分辨；(2)横向分辨率：(3)Widess关于分辨率的定量表示：,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/42.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
6、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OCTlg(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
7、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,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
8、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
9、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
10、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：The terms depth and time are used to distinguish those algorithms that handle lateral velocity variations and properly bend rays(depth migration)from those that do not(time migration).,第三节 地震勘探分辨率,偏移前后菲涅尔带范围的变化
11、：(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。,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V
12、SP技术也有类似的优越性。,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,ABt/2*V=(T/2)/2*V=T*V/4=/4,第三节 地震勘探分辨率,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
13、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。,
