第7章地震勘探资料解释

地震勘探原理
第七章 地震资料解释的理论基础
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第七章 地震资料解释的理论基础 地震资料解释：
1、构造解释：解决构造问题，研究地层的空 间分布特征和几何形态，确定钻探井位的基本 依据，也是后续工作的基础。
2、岩性解释：解决储层、含油气性问题，研 究地层岩性、储层物性、孔隙流体性质等。
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第七章 地震资料解释的理论基础
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模型的射线追踪
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二、地震剖面上识别各种波的标志
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，就是进行解释时，在地震剖面上识 别各种波的依据。
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反射波对比的四大标志(lead)是：
1、同相性
OR L2 h 2 t1 V V
②从R点产生的绕射波传播到测线上各点所需 时间t2，
t2 RG V 1 ( x L) 2 h 2 V
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测线上任一点G的绕射波整个传播时间是：
OR RG 1 tR t1 t2 ( L2 h 2 ( x L) 2 h 2 ) V V
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大量事实表明：利用
声波测井资料和其他资 料换算出的反射率函数 r(t)，并选用合适的地震 子波w(t)，计算出的人工 合成地震记录与对应的 井旁地震记录大都符合 较好。 由此可见，这一套地震 记录形成的理论即地震 记录的褶积模型理论是 基本上符合客观实际的， 且正确合理的。
人工合成地震记录
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反射同相轴的性质与界面两侧的岩性有关，并非对 应某一地层，只有通过波阻抗反演，才能将界面信 息转换为地层信息。
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5）水平叠加剖面上存在偏移现象。
当界面倾斜时，水平叠加剖面上反射波的位置 不是来自于该点的正下方，真正的反射点向上 倾方向偏移，这种现象称为水平叠加剖面的偏 移现象。
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6）水平叠加时间剖面上常出现各种特 殊波（如绕射波、断面波、回转波、侧 面波等)，这些波的同相轴形态并不表 示真实的地质形态，必须经过严格处理 才能用来解释，恢复真实面貌。
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理论地震反射记录
反射界面间距离足够大，地震脉冲延续时间很 短（尖脉冲），各反射界面的反射波互不干涉。
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地下地层厚度的厚薄对 于记录面貌的形成也有 影响。假设地震子波的 延续时间为Δt，地层间 双程旅行时为Δ 。
①如果岩层较厚，即 Δ ＞Δt 时，地面同一 点接收的来自界面R1 和R2的2个反射波可以 分开，形成2个单波， 保留着各自的波形特 征；
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这些反射回来的子波在波形上，严格讲是有差 别的，表现在
振幅上有大有小——主要决定于反射界面的反射 系数的绝对值， 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：
i 1 i 1 Zi 1 Zi i i Ri i 1 i 1 Zi 1 Zi i i
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4．时差变化规律
在共炮点记录上，不同类型波的同相轴的形 态是不同的，这是在地震剖面上识别波的类 型的重要依据。（反射波，绕射波，多次波， 直达波，折射波） 经过动校正和水平叠加后，地震剖面上的每 道都可以看作自激自收记录。 在自激自收地震剖面上，反射波同相轴与界 面的形态基本对应，而且相邻道之间同相轴 的时差变化规律应该相近。
L2 h 2 1 tR ( ( x L) 2 h 2 ) V V
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2、绕射波时距曲线的主要特点
L2 h 2 1 tR ( ( x L) 2 h 2 ) V V
地质剖面 叠加剖面 偏移剖面
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二、断棱绕射波
测线垂直于断棱的情况
在O点激发的地震波入射到绕射点R，然后以R点 为新震源产生绕射波，传播到地面测线上的各点。 炮点与断棱的水平距离为L，炮检距为x，速度为V
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1、断棱绕射波时距曲线
绕射波的整个传播时间可分为两部分：
①入射波从O点传播到绕射点R所需的时间t1
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2、水平叠加时间剖面的特点
经过水平叠加后得到的自激自收时间剖面， 能比较直观地反映地下地质构造特征，但是时间 剖面并不是沿测线铅垂向下的地质剖面，它们之 间的主要差别是：
1）在测线上同一点，根据钻井资料得到的地 质剖面上的地层分界面，与时间剖面上的反射 波同相轴在数量上、出现位置上，常常不是一 一对应的。
由于采集和处理中已采取了许多增强信噪比 的措施，所以反射有效波的能量一般都大于 干扰背景的能量。
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识别有效波的标志：振幅显著增强
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3．波形相似性 由于震源激发的地 震子波基本相同， 同一界面反射波传 播的路程、传播过 程中经受的地层吸 收等因素的影响都 相近，所以同一反 射波在相邻地震道 上的波形特征（包 括主周期，相位数， 振幅包络形状等） 是相似的
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这些特殊波的存在有两个方面的表现：
一方面：特殊波会与一次反射波发生干涉作 用，使地震剖面的面貌复杂化，造成假象， 给波的对比和资料解释带来困难；
另一方面：特殊波是地下复杂地质构造引起 的，必然同地下复杂地质构造有一定的联系， 因而可以利用它们来了解复杂构造形态特征。
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一、绕射波的产生
几何地震学的观点认为：地震波在传播过程中 若遇到地层或岩性突变点（如断棱、地层或岩 性的尖灭点、不整合面的突起点等）,这些突 变点会成为新的震源,再次发出球面子波，向 四周传播,该波动在地震勘探中称为绕射波。
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第七章 地震资料解释的理论基础
第1 节 第2节 第3节 第4节 第5节 第6节
地震剖面的特点
地震绕射波和物理地震学
地震勘探的分辨能偏移
弯曲界面反射波的特点
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第一节 地震剖面的特点 一、地震记录的形成
1、地震记录形成的物理过程 炸药爆炸时会产生的尖脉冲，在爆炸点附近的 介质中以冲击波的形式传播，当传播到一定的 距离后，波形逐渐稳定，我们称这时的地震波 为地震子波。 一般认为，一个共炮点道集上的地震子波是不 变的。 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。
在实际生产工作中，用于资料解释的是由许 多地震道依次排列起来的地震剖面或地震数 据体。 各种不同类型和传播特点的波的同相轴(event --地震剖面上的同相轴是指波峰或波谷此类 相同相位的连线），在地震剖面上会表现出 不同的特点。 这些特点就是我们进行地震资料解释时，在 地震剖面或数据体上识别各种波的主要依据。
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4）反射波振幅、同相轴及波形本身包含了地 下地层的构造和岩性信息，如振幅的强弱与地 层结构、介质参数密切相关。
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。 反射波同相轴反映的是界面信息，必须经过一些特 殊处理（如波阻抗反演技术等），把反射波同相轴 的“界面信息”转换为“层内信息”才能与地质、 钻井资料进行直接对比。
它们的振幅谱及相位谱之间的关系，即：
S ( ) W ( ) R( )
S ( ) W ( ) R ( )
上式表明，地震道的振幅谱是子波振幅谱及反 射系数振幅谱的乘积，其相位谱是子波相位谱 及反射系数相位谱之和。
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褶积模型在地震勘探中的应用
由褶积模型S(t)=W(t)*R(t)中三个量的三种组 合方式可以说明其应用情况：
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 同的同相位，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。 这个特点也叫同相性。
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识别有效波的标志：同相性
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2．强振幅
一维地震记录的形成通常采用褶积模型。 二维地震剖面和三维数据体的形成通常使用射 线理论或波动理论，统称为数值模拟或正演技 术。
①地震剖面的数学模型—射线理论 二维情况下可根据给定的地质模型，利用射线理 论得到自激自收地震剖面。有多种实现方法，如褶 积模型的逐道循环法等。 ②地震剖面的数学模型—波动理论 二维情况下也可根据给定的地质模型，利用波动 理论得到自激自收地震剖面。有多种实现方法，如 波动方程的有限差分法、克希霍夫(Kichhoff)积分法、 频率-波数域法等。
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2、地震记录形成的褶积模型(convolution model)
在地震勘探中，通常把地震记录面貌的形成过 程概括为以下的数学模型： 假设地震道f(t)是由有效波s(t)和干扰波n(t)叠加 组成的，即 f (t ) s(t ) n(t ) 层状介质的一次反射波s(t)通常用线性褶积模型 表示： T s(t ) w(t ) * r (t ) w( )r (t )d
①已知W(t)和R(t)，求S(t)这是正演问题，如合 成地震记录(synthetic seismogram)； ②已知S(t)和W(t)，求R(t) 这是反演问题，如波 阻抗反演(impedanca inversion)； ③已知S(t)和R(t)，求W(t)这是地震资料数字处 理中的子波处理问题(wavelet processing) 。
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2）时间剖面的纵坐标是双程旅行时t0 ，而地 质剖面或测井资料是以铅垂深度表示的，两者 需要引入速度函数，经时深转换，把变换t0成h 后，才能与钻井剖面或测井曲线对比。其媒介 就是地震波的传播速度Vav。 3）时间剖面的纵坐标是t0，不是深度，而地震 波速度V一般随深度变化，所以，时间剖面上 的反射同相轴所反映的界面形态、界面之间的 距离都是有假象的。
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②如果岩层较薄时，层间 双程旅行时小于地震子波 的延续时间，即Δ ＜Δt ， 此时来自相邻的各反射界 面的地震反射子波到达地 面同一接收点时互相叠加， 形成复波。
S点接收到来自R1、R2、R3界 面的反射子波相互叠加，形成 了复波，已经区分不出各界面 的反射子波了。
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地震记录上的一个反 射波组，并不是简单 的一个反射子波，而 是来自一组靠得很近 的界面的许多反射子 波的叠加结果。 地震记录上的一个反 射波组并不严格地对 应于地质柱状图上的 一个地层分界面。
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四个标志中：
1、2、3两点是识别地震剖面上有无反 射波出现； 4两点有助于识别波的类型、特征以及 对产生这个波的界面特点作出推断。
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三、水平叠加时间剖面的主要特点
1、水平叠加时间剖面的形成
1）给定中心点，抽取该中心点道集。 2）动校正，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，在资料中使用最多的最基本的仍然是水 平叠加时间剖面（3D资料用经过3D偏移的3D 数据体）。
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水平叠加剖面上的特殊波(a)与偏移剖面的地质形态(b)
a
b
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第六章 地震资料解释的理论基础
第1节 第2 节 第3节 第4节 第5节 第6节
地震剖面的特点
地震绕射波
地震勘探的分辨能力
反射界面真正空间位置的确定
地震剖面的偏移
弯曲界面反射波的特点
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第二节 地震绕射波
对层状介质、均匀介质、连续介质情况下，反射 波传播规律讨论时，通常把地下的地层分界面视 为连续光滑、向四面无限延伸的平面，这种假设 只是对实际情况的一种粗略简化。 地下的地层构造是非常复杂的。由于构造运动的 结果，地层会产生断层、不整合、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，此时除 了产生一次反射波外，还会出现一些与复杂构造 有关的地震波，如断面反射波、绕射波和回转波 等，习惯上把水平叠加剖面上出现的这些反射波 通常称之为特殊波。
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式中：w(t)为地震子波；r(t)为反射系数函数，符号“*”表 示褶积运算。
此式为人工合成地震记录的时间域褶积模型。
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褶积模型 s(t)=w(t)*R(t)
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时间域的褶积公式在频率域中就是乘积关系， 即： S ( j ) W ( j ) R( j )
式中：S(jω)、W(jω)、R(jω)分别为s(t)、w(t)及r(t)的傅 立叶变换。