地震剖面的形成..
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垂直地震剖面法第一部分1.垂直地震剖面的基本概念:垂直地震剖面(VSP)是一种地震观测方法,它是与通常地面观测的地震剖面相对应的.地面观测的地震剖面是在地表附近的一些点上激发地震波,同时在沿地面测线布置的一些检波点上进行观测;垂直地震剖面也是在地表附近的一些点上激发地震波,但它是在沿井口不同深度布置的一些检波点上进行观测.前者检波器放在地表,测线沿地面布置,所以又称水平(或地面)地震剖面;后者检波器放在井中,测线沿井孔垂向布置,所以称为垂直地震剖面.在水平地震剖面中,因为检波器置于地面,所以除沿地表传播的直达波和面波外,只能接受到来自地下的上行波;在垂直地震剖面中,因为检波器通过井置于地层内部,所以既能接受到自下而上传播的上行波,也能接受到自上而下传播的下行波,这或许是垂直地震剖面与水平地震剖面相比最重要的一个特点.垂直地震剖面实际上也是一种井中观测方法,它是早已广泛使用的地震测井(又称速度检验放炮)方法的变革和发展.地震测井和垂直地震剖面的不同在于:前者只利用记录的初至波,后者不仅利用记录上的初至波,也要利用记录上的续至波;前者的观测点距通常较大,后者的观测点距很小;前者只利用震源在井口附近的零偏移距观测系统,后者还利用震源偏离井口的偏移距观测系统和多偏移距观测系统;前者的目的主要是测定波速,后者主要是研究井旁地层剖面及在实际地质介质中研究波的形成和传播的规律.除此之外,垂直地震剖面在其发展过程中已经研制了专门的仪器系统,试验了成套的野外工作方法,并发展了解释的理论基础.所以它已远远超出地震测井原来的范围,而发展成为一套完整的,独立的,新的观测方法.垂直地震剖面有一些明显的优点:(1)地面剖面基本上是通过观测波场在水平方向的分布来研究地质剖面的垂向变化,垂直剖面是通过观测波场在垂直方向的分布来研究地质剖面的垂向变化,因此,波的运动学和动力学特征更明显,更直接,更灵敏.(2)地表观测离开介质内部有意义的界面较远,与界面有关的波需要经过一段复杂的旅程才到达地表,垂直剖面可以在介质内部紧靠界面附近观测,因而可直接记录到与界面有关的较纯的地震子波的波形.(3)地面地震记录上主要的干扰波大都来自剖面上部,由于这些干扰,往往使地面记录上波的识别和对比发生困难.垂直地震剖面由于在介质内部点上直接观测,因而有可能避免和减弱上部低降速带的干扰,易于识别波的性质.(4)地面观测时,由于剖面上部的影响,地震噪声水平较高,仪器有效灵敏度受到限制,因而很难记录和识别强度低的弱波.垂直剖面在介质内部的点上观测,由于地震噪声水平随深度迅速衰减,因而可以大大提高仪器的有效灵敏度,并使弱波的观测成为可能.(5)地表观测时,不同界面的波到达地表测线上各点的方向都是来自下方,且彼此差异不大,垂直剖面观测时,不同界面的波到达井内测线上各点的方向可以是来自上方,也可以是来自下方,而且在界面附近发生突变,所以垂直剖面可以有效地利用波的达到方向这一特点.(6)地表观测时,由于低速带和剖面上部的影响,波的质点运动方向发生畸变.垂直剖面由于能避开剖面上部和低速带的干扰,所以能够较准确地观测波的质点运动方向,因而可以利用波的"空间偏振(或极化)"这一特别灵敏的参数来研究波的性质和地层岩性.2.VSP震源选择的一般原则:1)VSP所用的震源最好与VSP井旁地面地震剖面所用的震源一致.2)VSP各次激发的震源子波应具有高度的一致性和重复性.3)VSP震源的输出强度应该适中.4)激发频谱应尽可能宽,以便提高分辨率.除此之外,激发的干扰波能量应该相对较小或者易于压制,激发的波型应该与勘探的目的相一致等等也都是选择震源时应该考虑的原则.3.垂直地震剖面所用的震源有:炸药震源,振动震源,气枪,电火花震源,横波VSP震源4.干扰波分析:VSP使人们发生强烈兴趣的一个优点是它可以避开地面观测时来自地表附近的一些噪声,但是VSP也有它自己的一些噪声,例如电缆波,套管波,井筒波,井下仪器耦合不良的噪声和其它噪声等.1).井筒波井筒波是VSP观测中最讨厌的一种相干噪声,多次激发时,自身会重复出现,不能像压制随机相干那样,通过叠加消除,它是沿井柱流体传播的波,也可看成是井柱流体和其周围地层的柱形分界面附近传播的界面波.VSP资料采集过程中井筒波的压制和预防,具体来说,可以有下面一些方法:(1)增加震源偏移距;(2)在震源和井口之间设置障碍物;(3)震源组合;(4)在安全和实际许可的范围内降低泥浆柱顶面的高度.2).井下仪器和地层耦合不良引起的噪声如同地表观测时,因检波器埋置不良将引起地震噪声一样,VSP观测时,如果井下仪器没有推靠到井壁上或者推靠力不够也将引起不同程度的噪声.为了避免因井下仪器与地层耦合不好而引起的噪声,首先必须采用有推靠装置的井下仪器,而且推靠力要足够大,在在裸眼井中观测时,应该参考井径曲线,避开井径过大的深度位置,并在预定深度上下移动,选择有可能牢固推靠井下仪器的位置.3).电缆波电缆波是一种因电缆振动引起的噪声.电缆波的速度与电缆结构有关,对于测井中常用的多芯屏蔽电缆,加尔彼林测得的速度是2500-3500米/秒.电缆波在记录浅部可以成为初至波,如果将其错误地识别为下行直达波,会使速度分析的结果弄错.电缆波也可以是续至波,在VSP记录上它将掩盖正常的地层反射.引起电缆振动的原因包括:地表井场附近的机械振动;风摇动井架;地滚波扫过井口等.通常防止电缆波干扰的办法是:先把井下检波器组牢固地推靠到井壁上,而后放松电缆观测,一般松缆长2-4米,就能对电缆波的传播产生足够的阻尼;松缆太多,反而会引起电缆缠绕打结,造成遇阻的危险.4).套管波套管波主要是由于套管和地层胶结不良而引起的一种干扰.靠近地表的井段常常下有多层钢套管.如果每层套管以及套管和井壁之间都胶结很好,仍然可以记录到良好的地震响应.苏联对于浅部多层套管引起的鸣震干扰的解决办法是,在VSP 观测井附近再钻-浅井,下套管,并很好的胶结,以代替原来VSP 观测井的浅部进行观测.有的井内只有单层套管.如果套管和井壁地层之间胶结良好,则VSP 观测的效果可与裸眼井等价.5).其它噪声(1)交流电感应;(2)柴油机等的振动;(3)随机振动.第二部分1.同深度迭加同深度迭加类似于常规地震勘探中的垂直迭加,即对每一井下观测深度,重复激发5到30次.每次独立地记录,而后将这些多次记录的起始时间对齐并相加.设记录深度为i Z 时第j次激发的一道记录为)(,i Zi t f ,则迭加后的记录为:)(,i Z i t f )(,1J i Z i tj f ==∑ 式中J-重复激发的次数.同深度迭加的目的:(1)增强信息能量;(2)压制随机噪声.影响同深度迭加效果的因素包括:(1)每道子波特性是否相同;(2)是否有相干噪声存在;(3)起始时间是否对齐.2.初至拾取所谓初至拾取指的是确定VSP 每一深度的记录道上初至下行波的起始时间.精确拾取的初至时间主要用于:(1)建立可靠的时-深关系;(2)以较高的精度计算层速度;(3)对声波测井曲线进行标定;(4)为排齐,提取子波波形等后面的处理提供可靠的参数.初至拾取是一项颇为重要的基础性处理,而处理是否成功关键在于"精确".法国CGG 公司的两位研究人员曾专门讨论VSP 初至拾取误差的来源.他们认为,误差的第一个来源是确定时间起点(即通常"爆炸"信号所指示的时刻)不准引起的.第二个来源可能是由于相邻界面的反射,而不是由于拾取方法本身.为了提高初至拾取的精度,CGG 公司曾采用下列方法:(1)选取一道较好的记录,与各道进行互相关,然后再进行拾取; (2)拾取之前,先进行带通滤波.除此之外,为了可靠地确定时-深关系,计算层速度,并为了更好地与声波测井记录相联系,他们认为,在离开明显界面的某些距离上,选择一些点,对声波测井曲线进行标定是非常必要的.3.静态时移和排齐排齐是VSP资料常规处理中必不可少的处理项目.所谓排齐,就是通过时移将记录上的同相轴按时间对齐.对于VSP记录,有两类排齐,一类是下行波排齐,一类是上行波排齐,两者是分别进行的.对于水平界面下的零偏移距VSP 观测,排齐主要通过静态时移实现.排齐处理的质量影响后面几项重要的处理,例如,垂直迭加(混波),走廊迭加,上行波和下行波分离,提取子波波形等.影响排齐效果的因素包括:(1)初至拾取的精度;(2)实际地层与假设是水平界面零偏移距观测的模型的符合程度;(3)"非地表地震"深度变化引起的误差是否已作了可靠的炮点静校正;(4)"爆炸"信号因"爆炸"延迟和其它随机因素引起的误差是否已作了额外的补偿.4.震源子波整形VSP大多数的处理和解释都以每个深度道有相同震源子波波形的假设为基础.例如,多道速度滤波处理模型中,假设前提是相邻记录道的有效波形相同,只是到达时间不同.如果震源波形变化,使条件不成立,则速度滤波后的资料质量将会变坏.再如,解释时,人们希望根据波形变化,这也以假定波形变化为前提.但是,VSP实际观测时,震源子波波形很少一致,即使利用气枪等重复性较好的震源,并尽可能保持恒定的激发条件,仍然很难得到完全一致的激发波形,如果采用炸药,则震源波形变化更大.解决这一问题的办法是在震源附近布置-震源监控检波器,并利用监控检波器记录的波形,对每道记录作震源子波整形滤波.处理过程主要分两步:(1)选择某一监控检波器记录的震源子波为期望输出,其它各深度道监控检波器记录的各个震源子波作为输入,用最小平方方法求出每一道的子波整形的滤波算子;(2)用求出的反褶积算子,对相应深度井下检波器的原始记录作反褶积,求得该深度道经过子波整形的记录.5.频谱分析和带通滤波带通滤波的目的是压制随机噪声背景和某些相干噪声.为了根据有用信号,相干噪声和随机噪声的频率选择滤波的通带,先要进行频谱分析.如果相干噪声的频带全部或部分在有用信号的频带之外,滤波的效果比较明显.如果相干波的频带在有效信号频带之内,设计只让信号频带通过的滤波器,信噪比也会有部分改善.6.分离上行波和下行波分离VSP记录的上行波和下行波主要依据两者的视速度不同.在VSP中,下行波随着记录深度增加,旅行时增加,视速度为正号;上行波随着记录深度增加,旅行时减少,视速度为负号.VSP波场分离的特点主要包括:(1)下行波能量很强,上行波能量很弱.为了从方向已充分确定的下行波中,将被掩盖的微弱的上行波恢复出来,要求速度滤波器在非常窄的速度带宽内,具有极为有效的抑制能力;(2)空间采样点受井内条件的限制,点距往往不规则,这个要求规则采样的一些波场分离方法的使用带来困难;(3)实际操作中,希望参加速度滤波的道数尽可能少,这一方面因为道数多时,传播信号的特性容易变化,另一方面因为受成本和施工条件的限制.总起来说,已出现的用于分离VSP 上行波和下行波场的方法主要有:(1)垂直迭加;(2)多道速度滤波;(3)F-K滤波;(4)τ-p域滤波;(5)中值滤波;(6)最佳组合滤波;(7)最小二乘滤波.7.反褶积反褶积也是VSP 资料处理序列中的一项重要处理,其内容主要包括:(1)利用下行波,计算反褶积算子,对下行波列作反褶积;(2)利用下行波提取的算子,对上行波列作反褶积;(3)利用VSP 算子提取的反褶积算子,对地表记录作反褶积.8.垂直求和或迭加为了进一步增强上行波,衰减下行波,提高信噪比,并为了VSP 资料更好地与井旁地面地震剖面对比,常进行垂直求和处理,有几种稍有不同的作法,名称也略有区别.1) 局部垂直迭加和时间加权的垂直迭加这种处理类似于地面地震资料处理中的混波,首先将经过上行和下行波场分离及反褶积处理的资料排齐,而后按下面公式进行迭加:()()().11N J t i k t i i S S f t N -+==∑,λμ 式中()J t S --第J个深度点的输出;()i S t -第i个深度点的信号输入;()i f t -滤波函数;N-滤波(或混波)道数;K=J-(N+1)/2当()()i f t t δ=时,混波的权系数为常数1,迭加的输出即输入的平均值. ()i f t 和N的选择取决于:信噪比的局部变化,上行波的相干程度,频率成分,要求的空间分辨率等因素.2)累积求和这种处理稍有不同,求和按下面公式进行:()()()11J J i J i S t S t A t J ==⎡⎤⎣⎦∑式中()J S t -深度点J的累积求和输出;()i S t -深度点i的信号输入;()J A t -用于补偿累积求和中同相轴数目的函数,平衡输出的幅度.这种求和方法的优点是:信噪比改善明显,地下深处振幅很小的反射波能得到增强,可以使VSP 与井旁地面地震资料更有效地联系.缺点是:因为求和跨越的距离太大,不能反映反射波形向上传播过程中的变化.分辨率降低.(3)垂直求和这种处理的方法是:先排齐上行波,再将所有道的数据按等时间线相加在一起,得到一个输出道,输出资料为单道记录,但是为了便于观察,将该单道输出重复显示若干次,形式上变为多道.(4) 限制的垂直求和限制的垂直求和又称前走廊迭加,走廊迭加和切除迭加.9.最大相干滤波为什么要设计这种最大相干滤波呢?当放置VSP 检波器的井旁过倾角不同的反射界面时,或者当井旁有地层中断等绕射点时,记录的上行波场可能非常复杂,例如某些倾斜层反射波太弱,难以见到,某些绕射波太强,掩盖其它同相轴的特征,另一些绕射波又可能为其它强波所淹没.但是这些同相轴之间有一个重要差别,就是他们各自具有不同的视速度.因此,为了准确的解释这些同相轴,最好先通过速度滤波将它们分离,而后根据需要,再将各次分离的结果,经过振幅平衡,显示在一张图上.这就是最大相干滤波的概念.最大相干滤波如何进行呢?其实现的主要步骤为:(1) 分离上行和下行波场,采用F-K滤波或者中值滤波等任意一种方法;(2) 对于分离后的上行波场,进行多道速度滤波和扫描,即选择一系列只增强某一速度范围同相轴的图幅.设每一窄速度通带的中心速度为:Z V T∆=∆ 式中△Z是垂直距离,可以任意选择,但通常选为检波点深度间隔,△T是时间间隔,按用户要求调整,其变化范围为:,2,...,T t t N t ∆=±∆±∆±∆这时N幅速度滤波的通带,用时-深图中的陡度表示,分别为:1,1,2,...,i t i i N V Z∆==∆ 多道速度滤波的方法有很多种,可以根据情况选用.(3) 为了将N幅按不同速度分别增强的同相轴的主要特征统一显示在一张图上,先对每幅加不同的固定增益,使它们的最大振幅相同,而后用下列公式将它们合在一起:设Xk(Zi,Ti)表示第K幅速度滤波图中深度Zi和时间Ti的样值,则最后按时-空坐标系显示的样值为:())(,sgn ,i i k i j Y Z T Max X Z T ⎡⎤=⎣⎦ K =1,2,...,N式中"取符号运算"sgn 表示当(),k i i X Z T 是正时取为+1,当(),k i i X Z T 是负时取为-1.10.传递函数tullos 和,,,,,,x y zi j kW x y yW W W ∂∂∂∇⨯=∂∂∂Reid 讨论过传递函数的概念.他们借用通信理论,将波通过地层剖面的透射和反射看成一个输入-输出系统,并用下式定义地层剖面的传递函数:()()()()O t T t T t N t=*+ 式中I(t)-输入;O(t)-输出;N(t)-不相关的随机噪声;T(t)-地层剖面的传递函数.这种传递函数从总体上完全描述了地层剖面的全部声学特性,因为当噪声不存在时,传递函数与线性系统的脉冲响应相同.传递函数对地震资料解释意义很大,因为利用它可以避免对波场和地层剖面之间的相互关系作仔细的错综复杂的分析.当假设平面纵波法线入射到水平层状介质的地层剖面的条件下,如果输入是进入剖面顶面的入射波列,则有两个传递函数,对应的有两个输出:一个是从地层剖面底面出射的透射波列;另一个是经底界面反射传到地面的上行反射波列.传递函数也常通过傅氏变换从时间域等价地转换到频率域中考虑,这时时域中的褶积变为频域中的相乘,并且传递函数的振幅谱有时能更清楚地显示地层剖面的性质.11.波阻抗测井曲线的估算利用VSP 资料也可估算作为深度函数的地层波阻抗测井曲线,并且因为VSP 可以在有意义的反射层序列附近测定反射波场,及较准确地了解震源子波,因而估算阻抗更容易,估算的结果也更精确和可靠.根据VSP 资料估算波阻抗可以有不同的方法,原理也很简单,实际中遇到的主要困难是测量误差和随机噪声的干扰.一种常用的方法是利用经过上行和下行波分离,反褶积,垂直求和,并保持振幅的VSP 上行波资料,采用与地表地震资料波阻抗反演相类似的方法,由反射振幅变化估算波阻抗.考虑到误差和噪声,人们往往采用迭代的方法,根据最小平方准则,逐步修改估算的波阻抗,使其最佳逼近真实的波阻抗.另一种常用的方法是通过前面描述的反射传递函数估算阻抗阻抗测井曲线,其要点是:(1)由VSP 资料计算反射传递函数;(2)假设传递函数的主要"波"峰和"波"谷对应于波阻抗的变化;(3)确定-起始的波阻抗值,根据传递函数的幅值变化计算波阻抗的变化;(4)将每一个波阻抗变化都加到前面的波阻抗值上,得到一条通过传递函数估算的新的波阻抗值曲线.第三部分射线理论是研究地震波的一种古老的而又充满青春活力的工具.射线理论有多方面的用处,制作地震射线模型只是其应用的一个方面.在各种制作二维VSP 模型的方法中,基于射线理论的方法是目前用的最广泛的.用射线法制作三维VSP 模型也有其独特的优点.有两类VSP 射线模型,一类是只考虑运动学特征的几何射线追踪模型,一类是还要考虑动力学特征的渐近射线追踪模型.前者只确定波的射线路径,计算波沿射线传播的时间,后者还要确定波的振幅,波形,质点振动方向等其它动力学特征.前者一般用于声学介质,后者还用于弹性介质.前者适用的范围小,后者适用的范围大,前者可看成是后者的特例.射线法的主要优点是:概念明确,显示直观,运算简便,适应性强.其缺陷是:应用有一定限制条件,计算结果在一定程度上是近似的,对应复杂构造进行两点三维射线追踪往往比较麻烦.射线法原来在天然地震邻域中应用较多,近几年,正大量涌入地震勘探邻域,形成一股加潮.另外,射线法和波动方程理论相结合,解决地震学和地震勘探中的各种正,反演问题,也是目前发展的一种趋势.1.射线理论简述1)基本方程(1)射线级数 不均匀完全弹性各向同性介质中弹性波的运动方程可为:()()()()()2222W W W w W W t ρλμμλμμ∂=+∇∇⋅+∇+∇∇⋅+∇⨯∇⨯+∇⋅∇∂[1] 式中 ρ-介质密度;,λμ-拉梅弹性常数;W-波函数;∇---哈密顿算符,,i j k x y z∂∂∂∇++∂∂∂= ,ij k x y z μμμμ∂∂∂∇=++∂∂∂y x z W W W W x y z∂∂∂∇⋅=++∂∂∂ ,,,,,,x y zi j kW x y yW W W ∂∂∂∇⨯=∂∂∂ 假设远动方程的时间简谐函数解可用ω的负幂表示为:()()0e x p k k k W j t j W ωτω∞-==-⎡⎤⎣⎦∑ [2]式中,k W τ与,t ω无关.我们称开展式[2]为射线级数,τ为相位函数,()0,1,2,...k W k =为射线级数的振幅系数,或简称为射线级数的系数,运动着的等相位面(),,t x y z τ=成为波前,与波前正交的轨迹线称为射线,每条射线在其与波前交点上的方向都与该点波前的梯度s V 的方向一致.当然,我们假定o τ∇≠,否则[2]式将不表示传播着的波.τ和()0,1,2,...k W k =都是坐标的位置函数,如果知道某些初始条件,将[2]代入[1]后,可确定τ和()0,1,2,...k W k =.(2)基本方程组 为了求相位函数τ和振幅系数k W ,首先要导出射线理论的基本方程组.假设:{1},,λμρ及其导数连续;{2},,λμρ及其导数在短距离内不迅速变化;{3}τ是解析函数,且o τ∇≠,0W ≠0.将[2]代入[1]式得:()()()()()200k k k k k j j N W j M W L W ωωω∞-=⎡⎤-+=⎣⎦∑ [3] 因为[3]对任何ω都成立,所以ω各次幂的系数都为零.因此有:()00N W = ()()100N W M W -=[4]()()()120k k k N W M W L W ---+= (2k ≥)这是一个递推的偏微分方程组,由此方程组可以求τ及所有的()0,1,2,...k W k =.我们称此方程组为射线理论的基本方程.2)程函方程()221pV τ∇= ()122/p V λμρ=+⎡⎤⎣⎦ [5]和()2231V τ∆= 12s V μρ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦ [6]此两式即程函方程,[5]式描述P 波传播的运动学特征,p V 是P 波的速度,[6]描述S 波传播的运动学特征,s V 是S 波速度.程函方程是求解波的运动学问题的基本方程,可以确定如象波前,射线,旅行时等波的运动学性质.只有在均匀,各向同性,无限介质中,运动方程才能完全分成两种不同(P 波和S 波)的方程,且两者不互相耦合.在不均匀介质中,运动方程不能完全分成两种波的方程,两种波将互相耦合,但是在高频情况下,如果,,λμρ及其导数连续,则不均匀介质中仍可近似认为存在着两组独立的波前,一组是压缩波(P 波),按局部速度p V 传播,另一组是切变波(S 波),按局部速度s V 传播.并且只当级数取零阶近似时,这两种波才不互相耦合. 计算旅行时 利用程函方程,我们可以计算空间任意点波的旅行时,引入S 作为沿射线的弧长.因为射线与波前(),,t x y z τ=是互相正交的,所以由程函方程可得:1d dS V τ=或dS d V τ= 式中d dS τ-τ沿射线的方向导数;V -沿射线的P波速度或S波速度.对τ沿弧长s积分得:()()00ss ds s s V ττ=+⎰ [7] 如果给定0s 的初值()0s τ,则由此式可求出弧长为s点上的()s τ,则[7]式即计算波的旅行时的公式.2.两点射线追踪确定地震波的射线路径为了计算波沿射线的旅行时和波沿射线的振幅变化,首先都必须知道波的传播路径.所谓射线追踪狭义来说指的就是根据地震波的传播规律确定地震波在实际地层中传播的射线路径.在地震学中,有两类地震射线追踪问题:一类是一点射线追踪,即已知射线初始点位置和初始出射方向求地震波的传播路径问题;另一类是两点射线追踪,即已知射线初始点和另一观察点的位置,不知射线初始出射方向,求两点之间的射线路径问题.显然,两点问题比一点问题复杂.用射线理论制作VSP 模型,不论是零偏移距或非零偏移距,因为震源和接收点不是同一点,遇到的都是两点射线追踪问题.解两点射线追踪问题,有两种方法:第一种是"试射法",即试着给-初始出射方向,求射线路径,但此射线一般不能到达预定的接收点,需要根据实际到达点和预定接收点之间的偏差,修改射线初始出射方向,再次追踪射线路径.重复这些步骤,直至射线足够接近的达到预定的接收点.第二种是弯曲法,即固定初始出射点和预定观测点两端点不动,不断调整两端点之间的射线路径,使其逐步逼近真实的射线路径.这两类方法各有特点:弯曲法在大多数比较简单模型情况下,花费的计算时间较少,但是在复杂模型情况下,特别是"奇点"附近,弯曲法计算时间增加,并且难以区分追踪失败的原因是由于计算方法引起,还是模型本身在此观测点应该接受不到射线.试射法在大多数情况下,所花的计算时间较多,但是比较直观,能可靠地确定能接收到射线的区域和不能接收到射线的区域的边界.1)试射法从上面的叙述可以看出,试射法主要包括两方面的内容:(1)在已知射线始点位置和射线出射方向的条件下,确定射线路径;(2)给定初始出射方向,逐步修改出射方向,直至射线足够精确地达到预定的接收点.前一内容是积分问题,即已知速度分析,利用程函方程,通过对微分方程作数值积分求射线路径的问题.后一内容是试射法的核心和难点,它涉及到解两个非线性方程的方程组:()00,h i j H =()00,g i j G =式中0i -初始入射角;0j -初始方位角;h和g-计算的射线到达点的坐标,它是0i 和0j 的函数;。
第一章地震资料解释基础第一节地震波的基本特征?一、波的类型二、地震波的特征?第二节地震剖面特点与地震资料处理流程?一、地震剖面的一般概念?二、地震资料处理流程简介?第三节偏移现象和偏移归位?一、时间剖面的偏移现象?二、偏移叠加原理?三、偏移叠加、叠加偏移和叠前偏移四、二维偏移和三维偏移?第四节地震勘探的分辨能力?一、子波的概念?二、地震子波与分辨能力的关系?三、垂直分辨率?四、水平分辨率?第五节影响地震波传播的地质因素一、表层地震地质条件?二、地下地震地质条件??第二章地震解释的基本方法第一节地震反射层位的地质解释一、地震剖面与地质剖面的对应关系?二、地震反射标准层具备的条件?三、确定反射标准层的方法?四、确定反射标准层的代号和对比标?第二节时间剖面的对比?一、反射波对比的基本原则?二、实际对比方法?第三节与复杂地质现象有关的异常波一、绕射波?二、断面波三、多次波?四、伴随波?第四节弯曲界面反射波?一、凸界面反射波的特点二、凹界面反射波的特点?第五节地震解释中可能出现的各种假象?一、表层变化引起的假象?二、速度变化引起的假象??第三章地震资料的构造解释第一节地震构造解释概论?一、构造解释流程?二、资料准备?三、构造解释内容简介?第二节断层解释?一、断层在地震剖面上的一般标志?二、断层模型的剖面特征?三、几种典型断层和断裂系的解释?第三节断层基本要素的确定与组合?一、断层基本要素的确定?二、断层组合的一般规律?第四节典型构造解释一、披覆构造)?二、挤压褶皱与高陡构造?三、底辟构造?四、流体底辟构造?五、花状构造第五节不整合面的解释?一、不整合的一般概念?二、不整合面的反射特征?三、几种典型的不整合面剖面特征?第六节深度剖面绘制?一、平均速度法?二、曲射线法三、值的求法第七节地震构造图的绘制一、地震构造图的基本概念?二、绘制构造图过程与步骤?三、等值线图的勾绘四、绘制构造图?五、构造图的解释?六、利用构造图绘制地层等厚图??第四章三维地震和垂直地震资料的解释第一节三维地震资料解释一、三维地震数据体的特点二、三维地震资料构造解释三、等时切片的解释?第二节人机联作解释技术一、人机联作解释及其特点?二、人机联作解释系统配置?三、解释工作流程第三节垂直地震剖面解释一、垂直地震剖面基本原理与观测方法二、垂直地震剖面特点三、垂直地震剖面的解释和应用??第五章地震波速度资料解释与应用第一节影响地震波速度的因素与分布规律一、影响速度的一般因素二、地震波速度与多孔介质流体性质关系?三、几种与油气关系密切的岩层速度特征?四、速度分布规律?第二节几种速度概念与叠加速度谱的解释一、速度的概念?二、叠加速度谱的解释第三节层速度估算砂泥岩百分比和储层参数一、利用层速度估算砂泥岩百分比二、利用层速度估算储层参数?第四节利用层速度预测地层压力一、概述?二、图板法三、经验公式法?第六章地震资料的沉积解释第一节地震资料的沉积解释概述?一、地震资料地层、岩性解释发展概况?二、地震资料的沉积解释内容?第二节地震层序分析?一、沉积层序与地层层序二、层序的年代地层学意义三、地震反射的地层学意义?四、地震层序的划分第三节地震相分析?一、地震相分析的概念?二、地震相参数?三、地震相图的编制第四节典型的地震相模式一、大陆边缘地震相模式二、断陷湖盆地震相模式?第四节层序地层分析方法?一、概述二、有关的基本概念?三、层序分析一般方法?第七章地震资料在储层和油气预测中的应用第一节地震储层预测技术?一、地震反演技术?二、属性分析技术?第二节地震属性在储层研究中的应用?一、几种地震信息与岩石物性和油气的关系?二、地震属性的应用与实例分析?第三节地震资料在含油性检测中的应用一、地震剖面上直接检测油气?二、应用属性技术检测油气?第四节 AVO技术分析与应用一、AVO技术分析二、应用AVO技术检测含气层??第八章地震资料在油藏监测中的应用第一节地震监测的岩石物理学基础?一、随时间变化的油藏特征二、与地震监测有关的岩石物理特征三、用于油藏监测地震特征?第二节地震监测技术?一、时移地震二、微地震技术第三节地震监测资料的解释应用一、时移三维地震油藏监测解释应用二、井中地震油藏监测解释应用?三、微地震检测的应用主要参考文献。
第四章 地震剖面的形成(15学时)第一节 速度的概念及其相互关系一、速度的用途1、 在地震勘探的各个阶段中,速度是不可缺少的重要参数,其重要用途有以下几方面:设计多次覆盖观海系统,确定组合检波形成,都需要知道有效波和干扰波的速度。
剩余时差: ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤≤≤≤⇒⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤≤≤∆≤⇒≤≤≤≤-=**n T V n n T V o n T n n T t o n y n n y o vv x t F F x F F F d to td 212121)11(2222δχδδ有有有有有2、速度是资料处理所必须的参数动校正:ot v x t 222=∆精校正:)()(1221111v h v h v h v h v h v h o o s o o +++++ 偏移迭加需要偏移速度,迭加速度等3、 资料解释中的应用:(1)时深转换的重要参数,把时间剖面转换成深度剖面利用下式: o av t V h 21=(2)利用速度资料计算空校量板,进行偏移归位(3)根据速度资料辨别波的性质:如:多次波(低速异常)、绕射波(高速异常)、 利用速度资料,计算空气校量板,进行偏移归位。
折射波、面波、声波。
(4)利用速度资料进行制作合成地震记录,确定地震剖面上的地质层位。
11221122)()()()(v v v v t a b t t x ρρρρδδ+-=⨯=(5)利用速度纵向和横向变化规律,研究地层沉积特征和沉积模式。
(6)利用层速度资料,直接划分地层和岩性,进行烃类检测。
(7)利用纵波和横波速度的比值,判别粮店性质(含气→低速),上此可见速度资料对地震勘探的各个环节都会产生影响,而最终都影响到解释成果的精度,提取分析和利用速度资料,也是地震解释工作的一个重要组成部分。
二、速度的概念严格地讲,速度是矢量,具有大小和方向,它是空间计算的参数,即V=V (x 、y 、z ),这就是说,即使在同一岩层的不几部位和不同方向,地震波的传播速度也各不相同。
事实上,地下介质是不均匀的,所以地震波在岩层中传播的速度值是很难精确测定的。
然而,为了满足生产的需要,根据用途不同和地震勘探技术所能达到的水平可以对复杂的介质作种种面化,建立近似的模形,因而引入了各种不同用途的速度,下面我们就一一讲解。
(一)平均速度为了将地震记录从时间剖面转换成深度剖面,引入平均速度对于n 层水平层状介质其平均速度定义。
地震波垂直入到某个界面所在的总路程与时间比叫平均速度。
)11(2112--==vihi n hi x nVav i从另一角度也可以引出有篷货车的定义:设有n 层水平层状介质,在O 点效泡,在S点接收,我们先作出炮点O 的虚密度O*并假设地震波在传播时按直线传播即波从O 入射到Rn 界面上某一点P 时OP 就为直线,这时波从O →P ,再P →S 所在的路程相全于波O*→P→S所走的总路程,设波入射角度为X这时,如果把有篷货车定义为在水平层状介质中波沿直线传播,所走的总路程与所需总时间之比:vi hi n hi nvn h v h v h h h h t t t l l l p t op t s o V i n n n n o s o av ⋅⋅=++++=++++====22cos 2cos 2cos 1)cos cos cos ()(2)(222*121212121*αααααα但需要注意的是:地震波在水平层状介质中的传播路经是折线而不是直线,我们以有篷货车时是假定波沿直线传播的,是一种对实际介质结构的近似面代。
因而, 平均速度有误差,随着观测点离炸点的距离增加,这种误差就越大。
由此可见, 平均速度只有在垂直入射或炮栓距范围不大的情况下才是正确的。
所以它只适用 把时间剖面转换成浓度剖面,以将地震层位与钻井层位对比。
(二)均方根速度VR通过前面的学习,我们知道,地震波的传播遵从“沿所需时间最短的路”这一原理,即费马原理,在均匀介质中,所需时间取短的路程是直线,因而均匀介质、水平界面情况下反射波的时距曲线是一条双曲线即:h 1v 1 h 2v 2 R 1R 2R 3S l 1 l 2αPO*可见两种讨论结果是一样的。
h 1v 1 h 2v 2R 2 R 1 S O h n R n-12241h x v t +=或2222yx t t o +=这个式子的意义在于如果一条时距曲线的方程可以写成这样的形式,就表示波是以常带传播的,且波速的数值就等于式中X2项的分母的平方根,下面要引入几个概念时,都按这个思路,先把有关的议程式化为(1-2)的形式,又从X2项的分母中找出引入的速度概念。
现在根据实际的介质结构情况,提出这样的问题,如果有一水平界面,覆盖介质是不均匀的连接介质或水平层状介质。
当然,不管介质结构如何,地震波总是遵从费马原理的,那么这种情况下的反向波时此曲线的表达式将如何?它还是不是双曲线?如果不是的话,能否在一定条件下近似地把它看成双曲线?正确地解决这些问题是有很大实际意义的,因为在生产工作中进行动校正时,不管介质是否均匀,都是采用双曲线分式计算动校正量。
也即把反射波时距曲线总是看成双曲线,通过下面的计论将会看,这样做是有误差的。
均方根速度的概念就是在讲座这些问题的过程当中,在把不是双曲线关系的时距方程,面化为双曲线关系的要引入的一个速度概念。
下面的水平层状介质为例,按照上面的问题和思路进行具体讲座计算导出均方根速度的概念。
如图示的水平层状介质,在O 点激发,在S 点接波到第n 层底面的反射波传播时间为:相应的炮检距:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====ihitg nx i vi hi n t i i αα1122cos 22 这是水平层状介质反射时距曲线的参数方程,通常为了方便要把它们设为以射线参数P 表示的议程,因为根据透射定律有⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=-=-========22212212212212211122122122122sin sin sin sin i i i i i i i i i nn i i V P ti PV n V P PVi hi n x V P ti n V P Vi hi n t P V a V a V a V a 将(1)式用二项式展开)3211(2244221+++==Vi P V P ti n t i δ当αi 较小且 Pvi=sin αi ≤1 可略去高次项得ti Vi n P t t t V P n to t t Vihin n Vi P ti n t i o o ii o i i i 2122221112212222]2222[)211(22=====+=+≠==+≠(1) (2)两边平方力学去高次项同理对(2)进行二项展开并略去高次项得:由<3>式得 令 V R = 则t 2=t 2+ 形状为双曲线,称为均方根速度。
定义:把水平层状介质情况下的反射波及时距曲线近似地当作双曲线,求出的波速就是这一水平层状介质的均方根速度。
V R 的意义还可以这样说明:把各层的速度值的“平方”按时间取其加权平均值后再平方根值,V R 并不是真正准确的速度,只不过在层状介质的它比平均速度近似而已,因它考虑了不均介质的“折射”效应,适用范围较大些。
介质均匀且水平时V=V R =Van ,可作动校正用。
(三)等效速度V φ(有效速度)我们已经推导出倾斜界面,均匀覆盖介质情况下的共中心点时距曲线方程则上式可写成与均匀介质水平界面情况下一样形式即: V φ→倾斜界面均匀介质情况下的等效速度(四)迭加速度从上面的讨论可以知道,在一般情况下(水平界面均匀介质,倾斜界面均匀介质,覆盖层为层状介质或连续介质等),都可将共中心点反射度时距曲线看作双曲线,用一个共同的式子表示 V α→迭加速度对于不同的介质结构就有更具体的意义,例如:对倾斜界面均匀介质Vd=Vq ,对水平层状介质 Vd=Vq 均匀介质界面水平时Vd=V 层状介质倾斜面Vd=V R /cos α,迭加速度Vd 的含义也可以从另一角度来解释,在实际的地震资料处理工作中,我们是通过计算速度谱来求取迭加速度的,对于某一深度的共反射点时距曲张其正常时差随速度而变。
△t=t-t o =x 2/2v 2t o 实际工作中利用选择结合出多列的速度值。
(V 1、V 2=V 1+V △,V 3=V 1+2△V ,……)进行动校正,动校正后把属于同一共反射点集的记录进行迭加,并观察其迭加结果,根据能量最终的准则,寻找正确的迭加速度。
设待测的速度值为Vd ,选用速度V 进行动校下若 V>Vd 则校正不足,不同相迭加能量较弱 V<Vd 则校正过量,不同相迭加能量V=Vd 同相轴校正为直线,迭加能量最强。
因此,迭加能量最大值所对应的速度即为所求速度Vd对一固定的t o (即固定的某一浓度的地层)可以求得一条能量随速度变化的曲线,我们称这为速度谱曲线,变换t o 按照上述方法可以分别求得所对应的谱线,这些谱线称为速度谱。
t ix 2 R 2 2 n 2 i=1 PV i 2t i 2 n 2 i=1∴P= V i 2t i x<4> t 2=t 0+2 t 0 4 n 2 i=1V i 2t i X 2 t o 2+ t i n 2 i=12 n 2 i=1 V i 2t i X 2 t o 2= 2 n 2 i=1 t i n 2 i=1 2 n2 i=1 V i 2t i t= x 2cos 2φ+4h 02 √ t=t 02+ v 2 x 2cos 2φt 2=t o 2+ x 2 V φ2 t 2=t o 2+ x 2 V α2 V实际工作就是从速度谱中连续读取速度值进行动校正后然后迭加,因此根据能量判虽准则,从速度谱中求得的能量最大对应的速度称为迭加速度Vd ,在读取速度谱时要剔除多次波,它虽然有能量团,但一般小于正常速度(低速异常)绕射波一般是高速异常。
(五)层速度层速度是速度分层的速度。
某一厚度的地层△hi 与通过该地层的地震波的旅行时间△ti Vi=△hi/△ti 该速度很有用,因为不的岩性反映某波速的不同。
所以可以通过速度分析来判别岩性,它的它的速度可以由地震沿井特别是声波测井求得,但是井资料是很珍贵的,不能处处打井,因此在缺少井资料的情况下,可以由均方根速度换算得到。
设已知第八层底界面以上地层的均方根速度为第n-1层底界面以上地层的均方根速度为若名的迪克斯方式(Dix )是地震勘探中常用的方式之一。
由于层速度Vn 与地层岩性有关,因而可用于判别地层的岩性或获得其它地质信息,例如:所定沉积环境与相交以及推断流体成分的变化。
(六)瞬时速度V 与射线平均速度Vs暖时速度V 与平均速度Vs ,只是作为概念引入,在实际的工作中是难以测定的。