地震波的球面扩散和吸收衰减补偿技术研究

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1、.f* 1 5 2 8 3 子原创性声明本人声明: 所呈交的硕士学位论文， 是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。 除文中己经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:1119 l嘿日期: 2 0 0 3年 5月 2 0日关于论文使用授权的说明本人同意学校有权保留并向国家有关部门送交学位论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。同意学校及国家有关机构有权公布论文的全部或部分内容， 并采用影印、缩印或其他复制手段保存论文

2、。论文作者签名:指导教师签名:日期:2 0 0 3 - 5 - 2 0日期:2 0 0 3 - 5 - 2 5内 容 提 要真振幅恢复处理中的球面扩散和地层吸收衰减理论研究和振幅补偿多 年来一直是地 球物理学家和许多学者研究和关注的焦点，虽然从理论研究到资 料处理上己 经取得了一 定成果， 但仍然具有一定的局限性。本文研究的球面扩散，在水平 层状介质的理论模型 基础之上提出了 倾斜地层、任意的 层状介质模型及相应的 球面扩散补偿因子，并对补偿 因子随影响因素的变化、水平地层和倾斜地层之间补偿因子的误差进行分析， 主要日 的 在于研究倾斜地层介质模型和水平层状介质模型之间补偿因子的变化，从而在球

3、面 扩散 补偿时，能够适当地选择地质模型对球面扩散所引起的地震波能量的衰减进行有效的补 偿。 对于地层吸收衰减，本文主要从吸收衰减的基本原理出发，通过均匀粘弹性介质模 型和非均匀介质模型吸收衰减系数之间的差别对衰减因子进行分析，目 的在于在能够准 确提取品质因素的基础之上， 较准确地转化成吸收系数， 从而能 够对地层吸收衰减进行 有效补偿。通过对理论的研究和对实际资料的处理，取得了令人满意的成果。地展披的球面扩散和吸收衰减补偿技术研究绪论绪论;球面扩散及地层吸收衰减理论研究的历史沿革地球物理勘 探最初从扭秤( t o r s io n b a la n c e ) 开 始， 大 约在1 8 8

4、 8 年由B a r o n R o la n d V o n E o t v o s 发 展起来( V a j k , 1 9 4 9 ) 。 地震勘 探是地 球物理勘 探的方 法之一。地展勘探按照生产环节可以分为三个部分，即地震资料的 采集、处理和解释。 地震 勘探资料处理方法是研究如何对地震勘探野外资 料利用计算机进行处理，以 获得有关地 下构造和地层性质信息， 有效地寻找石油和天然气等矿藏的一个学科， 是地震勘探方法 中的一个重要组成部分。自 从二十世纪初期地震勘探问 世以来， 地震勘探资 料处理都是采用人工处理或模拟 仪器处理的方法进行的，直到六十年代初期 ( 我国 从七十年代初期)

5、 开始， 在地震勘探 资料处理中引进电 子数字计算机，引 起了 地震勘探资料处理的一场技术革命，开创了 地 震勘探资料数字处理的新时代。 数字处理具有速度快、 精度高 及灵活多样等特点，从而 推动了 地展勘探沿着数字化的道路飞速向前发展。由于勘探数字技术的发展，使得人们对反 射波在地层中吸收衰减以 及球面扩散，也 就 是 对信号 相 位振 幅 的 畸 变 和衰 减 产生了 浓 厚的 兴 趣。 T a n e r 等 人( 1 9 7 4 ) , W i n g g in s 等人 ( 1 9 7 6 ) 提出:利用地表一致性的假设 可以普遍地用干地震资料处理中的剩余净校 正。 此后， T a

6、n e r 和K ie h le ( 1 9 8 1 ) 尝试了 地表一 致性振 幅校止。亮点技术是最近3 0 年在数字地震勘探领域中发展起来的一项新技术。 所谓 “ 亮点” 狭义地说是指在地展反射剖面上由 于地下油气藏存在所引 起的地震反射振幅相对增强的“ 点， 。 亮点技术主要是利用地震反射波的振幅等 地震波动力学的 特点来直接寻找地下 油 气藏。 该技术是在 1 9 6 3 年出 现二进制增益数字地震仪之后， 才在实践中成为可能的。 自 1 9 7 2 年底， 国外油两家石油公司 采用了 亮点技术， 根据含 气砂岩有页岩、 含水砂岩或含 油砂岩界面反射系数的差异所引 气的反射波振幅异常预

7、测海上气田 获得成功以 来， 亮点 技术得以应用和发展.由于地震反射波得振幅异常在亮点 标志中占有重要得地位，因此 亮点技术的墓本原理着重围绕着地震反射波的振幅在地层中的 吸收衰减以 及球面扩散等 内容展开。由 此可见， 地层的吸收衰减和球面扩散理论在地球物理勘探数字处理技术中 的重要地位.地层吸收衰减的 理论研究及应用比较广泛， 相关研究论文也多 不胜数， 在此不赘述。 对于 球面扩散， 除前人的一些理论研究外， 近年来，吕 牛顿 ( 1 9 8 6 ) 研究了 连续介质中 任意炮检距的球面扩散补偿因子， 高军等人( 1 9 9 6 ) 研究了时频域球面发散和吸收补偿， 王云专等人 ( 1

8、9 9 8 ) 研究了 分散球面扩散和频率 吸收补偿，刘财等人 ( 2 0 0 0 ) 研究了复 杂介质条件下地震波球面扩散衰减机制，推演了“ 地层倾角一致的倾斜介质模型” 、 “ 地 层倾角不一致的层状模型” 下球面扩散补偿公式，井在数值及计算中总结了 实际经验。 在前人研究的理论基础上， 使得球面扩散理论有了 进一步的发展和完善。2研究 球面扩散和地层吸收衰减的意义1 ) 球面扩散和地层吸收衰减是研究振幅恢复处理的重要方法地屁波的球面扩散和吸收衰减补偿技术研究绪论地震勘探数字处理的常规处理主要包括: 编辑、 切除、 动校正、 静校正、 速度分析、 滤波、反褶积、叠加、偏移、三瞬、保幅、谱均

9、衡、出剖面。振幅恢复 ( 保幅)处理是 地震资料处理的中一个非常重要的部分。 过去， 地震反射波法主要是利用地震反射的波 至时间、 传播速度等地震波运动学的 特性来定出 地层上下 起伏变化，寻找适宜于油气聚 集的 地质构造，从而间接探测地下油、 气藏，因此， 振幅恢复处理没有显示出 应有的地 位。 自从亮点技术出现以 后， 地震反射波振幅异常在亮点标志中的地位变得越来越重要， 利用地震波的振幅信息不但可以 直接找油找气， 而且还可以直接进行地下 岩性综合分析 及描述， 所以 研究振幅恢复处理本身就具有重大的意义.真振幅恢复处理的目 的是消除与反射界面的反射系数无关的一些因素所引 起的反射 波振

10、幅的变化， 使恢复处理后的反射波振幅仅与反射界面的反 射系数有关。 这样就可以 利用恢复处理后的反射波振幅的 相对变化来反映地下反射界面反射系数的变化，使恢复 处理后的反射振幅仅与反射界面的反射系数有关。 利用地震反射波的振幅异常，来提取 与地层结构和地层岩性有关的信息， 使每种信息尽可能 地反映某种地质特征标志。目 前的真振幅恢复主要包括: 野外记录增益处理、 球面扩散和地层吸收补偿、 地表 一致性振幅补偿。野外记录增益处理的目的是消除野外记录增益的影响，使反射波振幅 恢复到记录前的离散值; 球面扩散的目 的是消除波前发散对反射波振幅的影响: 地层的 吸收衰减目的是为了消除由介质的非完全弹性

11、效应而造成的地震波能最的衰减:地表一 致性报幅补偿则是为了消除由 于激发和接收条 件的差异所引起的能量的变化，以 及由于 炮检距的变化所引 起的能虽变化。而认为引 起振幅衰减的主要因素是由于球面扩散 和地 层的吸收衰减，以 及中间层的投射损失。所以 在真振幅恢复处理中， 球面扩散和地层的 吸收衰减占 有重要的地位。a ) 球面扩散和地层吸收是引 起地震反射波振幅变化的主要因素同 天然地展一样， 在地展刚开始发生时能 量较强， 并且在震中区能量最强、 破坏性 最大，随着时间增大和远离展中，能量逐渐减弱，最后能量消失，以至于用仪器记录不 到。由 展源所激发地展波的能量是一定的， 根据能量守恒定律.

12、能量既不能自 生也不能 自 灭，只能从一种形式转换成另一种形式，或者从一 种状态转化为另外一种状态。 那么盈加在一组位故舫员位 度役奋均衡图.影响振幅的因素 ( 根据S h e r i ff 1 9 7 5 ) 在地展波的传播过程中有哪些因素造成地震波的 振幅随潜传播距离的增加而减小呢了 如地展波的球面扩散和吸收衰减补偿技术研究绪论图1 所示， 影响地震波衰减的因素很多， 根据以 往的研究成果， 大致可以归纳为以卜 儿个方面:( 1 ) 与地下介质的情况有关的因素， 如: 反射系数、反射界面形状、吸收、多次波反射等:( 2 ) 与近地表条件有关的因素， 如震源强度和祸合情况、检波器灵敏度和祸合

13、情次等; ( 3 ) 与 偏移距有关的因素， 如球面扩散、 传播路径不同引 起的 吸收变化等。由图中可以看出地震波从激发到接收每一个过程都伴随着能量的损失。 野外地震资料采集时，地震仪所记录下来的地震反 射波振幅包含了 所有上述因素的影响.另外， 从传播理论上讲，地震波在均匀介质中传播时， 其传播路径所遵循的规律与 几何光学极其相似。也就是遇到分界面会发生反射、 折射、 全反射或绕射等现象。当 波 投射到界面上时，一般要激发四种波，即反射纵波、反射横波、折射纵波和折射横波， 并且不同类型的 波之间还要发生 转换。 在波进行转换的同时能 量也进行重新分配，分配 的原则与反射系数和入射角等因素 有

14、关。 经过能量的重新分配后， 反射波的能量变弱了， 再经过其它因素衰减后，能量损失就加快了。3 ) 研究球面扩散和地层吸收的 现实意义自 从1 9 世纪末地球上首次安放地震仪以来， 人们开始了 用地震仪接收的天然地震波 对地球的内部构造进行科学、系统的研究。地震波穿过地球，不仅可以提供地球内部构 造信息，而且还可以提供地球内部物质的成分、晶体结构、物态、压力、热流等各方面 的信息，因此地震勘探成为研究地下介质的构造、形态、油气分布的重要方法。特别是 2 0 世纪3 0 年代油气田的发现， 在短短的 0 多年里， 促进世界各国的政治、 经济的繁荣 与发展，推动了 世界前进的 步伐，而且在将来还会

15、越来越发挥它的 重大作用。 然而这些 大的油气藏经过了 儿十年的开采和开发，目 前已 经面临枯蝎，人类又面临新的挑战。由 于大部分石油与天然气矿藏埋深在千米以下， 地震波在地下介质中 旅行的时间越长 ，能 且损失 越严重、高频成分被吸收得也越严重， 最后以 至于 地震仪无法记录到地震信息， 因此， 如何提高地震勘探的分辨率使地震勘探由 原来寻找大的油气藏转移到寻找小的背 斜构造和岩性油藏， 成为地球物理学家关注的重要课 题。随着石油勘探的进步， 地震勘探已 从简单的构造研究发展到对复杂构造的研究，以 及岩性的检测， 这些新的研究都 有赖于地震勘探分辨率的提高， 没有足够的分辨率，地 展勘探技术

16、就很难在储油层研究和油气藏的描述方面 有所作为，因此， 提高分辨率是地 震勘探的重要课 题。影响地震勘探分辨率的一个重要因素是地层的吸收衰减效应，即在 地展波的 传播过程中，由 于受到地层吸收衰减效应的影响， 地震波的高频成分会产生较 大的衰减， 从而降低了 地震勘探的分辨率。另外，地震波在传播过程中， 球面扩散也是 影响地震波能量迅速衰减的 主要因素。 通过对有效衰减吸收系数及速度的研究，可以 划 分地层岩性、 研究岩性的横向 变化用于油气预测。所以 说研究球面扩散和地层的吸收衰 减具有非常重要的现实意义。3球面扩散和地层吸收的发展现状正是由子 地展波振幅信息的重要作用， 才引 起了 近儿十来国内外地球物理学家对吸 收衰减信息的极大关注，并且在今后的发展道路还会倍受关注而得以继续向 前发展。从 球面扩散和地层吸收理论研究到资料处理已 经形成了一 套比 较完备的系统。 在衰减理论 的研究内容方面主要有:利用天然地震波研究地球内部 构造及孕震区的物理状态: 用人地艇波的球面扩散和吸收衰减补偿技术研究绪论工震源研究地下岩层的性质、为探矿服务: 利用地层的吸收信息进行岩性 和油气预