地球物理解释基础 下

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1、地 球 物 理 解 释 基 础 地球物理专题著作系列丛书系列之十三 著 Laurence R.Lines Rachel T. Newrick 译 程金箴 校 芦文生 袁秉衡 出版: SEG（2004） 中文译发:中国石油学会物探专业委员会(SPG)第十四章 解释与盐构造有关的圈闭l许多重要油田和盐圈闭联系在一起著名的墨西哥湾、 美国几个洲、加拿大、北海、北非、德国 、里海地区都 存在盐圈闭。塔里木盆地的克拉2气田也和盐圈闭有关l有较低的密度和较高的地震速度,粘度低易流动 l盐岩在形成时，往往夹杂一些沉积物，所以盐即是好的盖 层，有时也有自生自储的油藏l“漂浮”状侵入到沉积物之下侵入体产生各种盐

2、体形 状 ，盐体侧翼成倾斜状 ；盐侵入体之上形成断层圈闭； 岩盖上呈垂直盐株状 ；古老的盐丘有厚层堆积物（石膏 、碳酸盐岩）l盐受挤压可以沿断层溢出到地表在地表沿断层分布盐构造的地质概念翼部边界的地层圈闭翼部边界的构造圈闭盐侵入体之上的断层圈闭沿着盐侵入体的断层圈闭侵入体上方的构造圈闭 各种与盐丘有关的地层和构造圈闭（Levorsen, 1956）盐构造的地质概念成像问题是关键l盐丘的地震勘探成像问题是关键盐通常 具有比围岩要高很多的P-波速度，围绕盐和周围 沉积之间横向速度差大成为成像主要问题盐丘的 3D形状，通常需要3D偏移l速度横向变化、三维形状的盐丘和陡倾角 足以值得应用三维叠前深度偏

3、移 通过针对目标的3D叠前深度偏移盐丘成像(墨西哥湾Vermilion构造的盐丘)By D. Ratcliff, C. A. Jacewitz, and S. H. Gray(引自Ratcliff 等人，1994 ) 盐丘数据的叠前深度偏移剖面,112次覆盖3D叠前深度偏移的必要性（a）2D叠后时间偏移反映出一个不完整和畸变的TOS成像（箭头）（b）3D叠后时间偏移，3D偏移消除了畸变,盐顶清晰的成像 (引自Ratcliff 等人，1994 ) 2D、3D叠后时间偏移的比较（a）2D叠前时间偏移显示了不正确的盐底( BOS )位置，并缺少盐的反射（b）2D叠前深度偏移剖面，盐的成像有相当改进(

4、引自Ratcliff 等人，1994 ) 2D叠前时间偏移与2D叠前深度偏移的比较(a)3D沉积层速度场横剖面， 横向速度变化很小(b)3D叠后深度偏移第一次迭代盐的 成像（TOS以上正确像）(c)用TOS修正的3D速度场(d)3D叠后深度偏移第二次迭代（BOS以上正确成 像）(e)用BOS修正的3D速度场(f)3D叠后深度偏移第三次迭代（盐下叠加后还保留的同相轴的正确成像）用3D叠后偏移建立3D速度场建立3D速度模型沉积积岩速度场场 井的控制3D DMO速度场3D MBS（叠前偏移）速度分析3D 叠后深度偏移 3D 盐盐和沉积层积层 速度场场 3D 叠后深度偏移GOCAD 3D 速度包应用井

5、的信息、3D DMO（倾角动校正）速度信息、2D叠前偏移速度分析信息和3D叠后深度偏移，来建立3D沉积层速度场用3D叠后深度偏移，应用3D设计软件来建立盐和沉积层的3D速度场3D叠前深度偏移流程图（在建立了3D速度场后应用）野外数据重采样和编辑球面扩散校正切除 反褶积滤波数据与导航数据合并3D共炮检距选排3D共炮检距偏移输出纵、横测线子集覆盖次数对比3D叠前深度偏移(a）单次覆盖 （1325m）（b）9次覆盖（1275-1400m）（c）47次覆盖（900-2100m）（d）112次覆盖（引自 Ratcliff 等人, 1994 ) 炮检距对比（a）炮检距值范围1300-2000m，（b）炮检

6、距值范围375-2000m。包含了近炮检距，改进了TOS的成像（引自 Ratcliff 等人, 1994 ) 3D叠前深度偏移TOS面AVO合成记录TOS交界面上的AVO合成记录。TOS的响应是来自所有炮检距；向右随炮检距增加振幅减小（引自 Ratcliff 等人, 1994 )（盐顶的反射能量大部分来自近炮检距） 炮检距比较炮检距：( a ) 375-1600 m 和 (b ) 375-3000 m (来自Ratcliff 等人, 1994 ) 3D叠前深度偏移（50次覆盖） 比较炮检距范围对盐成像的影响2D、3D叠前深度偏移比较2D叠前深度偏移，显示了剖面平面外的TOS，BOS不好 3D叠

7、前深度偏移 TOS和BOS都能正确成像钻井穿过清晰成像盐背斜 小结盐丘的地震勘探成像问题是关键，横向速度差大 成为成像主要问题3D叠前深度偏移建立速度模型是关键用3D叠后偏移建立3D速度场（迭代）覆盖次数和炮检距范围都会影响偏移效果第十五章 地 震 模 拟地震模型和地震模拟的概念（Seismic Model 、Seismic Modeling）Seismic Model是名词， Seismic Modeling是动名词模拟是去建立模型或模型响应的方式方法和过程模型“它可以推演出能与观测结果比较效果的一种概念，用于更好地理解观测结果。分为概念模型、物理模型或数学模型。” (Sheriff, 19

8、91) 地震模型能以一维（1D）、二维（2D）或三维（3D）形式变化。这些模型与实际情形的精确度取决与地质环境的吻合程度概念地震模拟模拟地下的岩石性质和波在地下传播时地震波的传播响应地震-模拟方法除维数外还包括不同的方法地震模拟也可分为正演模拟和反演模拟模型的选择是在成本和模型的有效性之间取得平衡概念模拟方法模拟类拟类型数学模型一般性费费用法线线入射反射系数1D反射系数值由下式给出2211R=22 + 11 对水平层和垂直旅行的 波是有效的。保留了多次 波对计算反射率很便宜， 如果有多次波稍微贵一 些 振幅随炮检检距（或入 射角）变变化 “1.5D”地下模型是1D加非零 （2D），用Zoepp

9、ritz方程严格地讲，对水平层是 有效的，一般不包括多次 波AVO模型比法线入射反 射率花费多的多，但比 波动方程求解便宜 射线线追踪按照Snell定理2D、3D求解。 包括通过渐近线射线追踪的 振幅当非均质体的尺度与 Fresnel带相比很大时， 一般是可以应用的。通常 忽略了绕射 多数情况下中等花费。 通常计算射线路径很便 宜，但计算振幅要增加 费用 波动动方程有限差分（ FD）或有限元（FE） 求解1D、2D、3D数字表达为FD 一般是矩形网格 FE 更是一般用的，用网 格算法费用一般性的价格物理模拟拟1D, 2D, 3D需要将物理模型材 料校正为成比例的模型 这种模型用物理材料提供建立

10、模型本身是昂贵的 ，但模拟的运行通常比 数值模拟要便宜 地震模拟的用途设计激发-接收的观测系统偏离盐丘两种炮检距的VSP反射模型（引自Whitmore 和 Lines, 1986 ) 地震模拟的用途l解释工作结果预测（用正演模拟和反演模拟）l加强解释基础工作（合成记录）l数据处理大量应用反演（反褶积、静校正和速度 估算是1D 模型，层析成像速度分析方法，是通过 2D或3D模型 ，地震偏移，可以认为它是一种构造 反演 ）测试地震处理算法的正确性l噪音影响测试零偏移距波场映射波动方程全解可以逼真地得到所有波至，包括直达波、 折射波、反射波和绕射波，所有的一次波和多次波 (引自Whitmore和Li

11、nes,1986) 小结l 模拟是去建立模型或模型响应的方式方法和过程l 地震-模拟方法除维数外还包括不同的方法包括：法线入射反射系数、振幅随炮检距（或入射角）变化、射线追踪、波动方程和物理模拟等5类l 地震模拟也可分为正演模拟和反演模拟第十六章 地 震 反 演 正演模拟用一个数学关系式，对给出的一组模型参数合成地下响应。 反演或“反演模拟” 与正演模拟 “ 相反 ”的过程。对一个给出的数据集，寻求定义一个与观测数据相符的地质模型从数学上讲反问题由于未知数比方程式数量更多，引起不确定性，产生多解，所以反演的多解性是固有的正演和反演反演的数学符号表示正演模拟表示f是模型响应，X是地质模型参数向量

12、，T是描述物理响应的数学变换（如波动方程解或近似解）反演表示是从数据向量 y 得到的模型参数，算子 表示反变换， 的多解一般是因为有限的数据导致（如比方程式更多的未知数）有噪音的反演式中n代表噪音或观测误差。 噪音会引起模型参数不稳定破坏解的正确性。解释要选择多种可靠参数约束的模型，减少多解性 。 反演的多解性(不确定性)（a）褶积模型的基本的数学多解性道 （b）模型1：震源子波（左）和脉冲响应 (右) （c）模型2：虚反射震源子波（左）和脉冲响应 (右）噪音会引起大的变化或估算模型参数不稳定，破坏解答的正确性 1D模型的地震反演地震数据处理大部分的是基于近似水平层状地层1D模型的假设 ，包括

13、动校正、水平叠加等包括有密度、速度和厚度特征的一系列水平层的1D地质模型反演技术地震反演技主要分四类：(1) 基于地震数据的声波阻抗反演(2) 基于模型的测井属性反演(3) 基于地质统计的随机模拟与随机反演(4) 叠前地震反演地震波阻抗估算(法线入射）算法：递归反演（早期的地震反演算法）式中Ck 为 第k个界面的反射系数kVk是第k层的声阻抗，声阻抗 可用以下表达式获得=可以从反射系数和上面层的阻抗推断下面地层的阻抗。这个反演叫作Seislog反演也可用密度和速度之间的Gardner关系式 将密度替换为速度，反演 结果就变成速度函数合成声波测井曲线 Gardner关系式( Gaidner 等人

14、, 1974 )。密度()可用速度表示对Gadner关系式 =0.25 和 = 0.23（速度用ft/s，密度用gm/ cm3 )。 在某些情况下，假定密度为常数，那时 = 1 和 = 0。地震数据缺少低频、高频成分问题声波测井曲线与合成声波测井曲线之间的主要差别，是地震数据中缺少低频带宽（典型的是0-5 Hz ） 另一个主要问题是缺少高频成分，这是因为地震数据也缺少高频（有代表性的是100 Hz至Nyquist频率） 通常是用现有的声波测井信息或用估算的层速度来重新得到低频声波测井曲线可表示成粗略速度函数( 0-5 Hz )和精细的速度函数( 6-250 Hz)之和 (引自 Lidseth,

15、1979)重新得到低频从声波曲线上去除高频成分导致降低分辨率的例子(引自 Lidseth,1979)缺少高频成分的影响小结 常规声波阻抗反演在高信噪比地区仍然是十分重要的手段 ，在地层岩性勘探，包括碳酸盐岩、孔隙砂岩地区见到好 的效果 由于反演的多解性，用基于模型的测井属性反演是较好的 选择 叠前地震反演是重要的发展方向第十七章 地震旅行时层析成像l层析成像(tomography)“tomo”是希腊字，切片的意 思，层析成像的意思是一个物体的切片图像l医疗诊断的CT技术原理是通过沿各个方向穿过人体的 X射线，测量X射线的强度，确定人体不同部位的吸收性质l地震旅行时层析成像是一种利用大量炮点和检波点综 合观测结果求取速度与反射系数分布的方法l层析成像技术有两个假定前提条件（数学）假定物性是位置的连续函数假定介质可离散化成有限数量均匀的面元l在地震旅行时层析成像中,地下介质被分解为面元，层 析的目标是求解每个面元的速度层析成像简述从炮点到接收点的射线路径是由位于不同面元中的射线段组成，根据各个面元射线段长度和各个小面元的速度来计算旅行时由初始模型计算波至时间与观测值进行对比（正演），根据两者的时间差对模型进行修改，模型正演、测量时间差、修改模型这一迭代过程一直到时差小于给定值（最小平方差）近地表层析成像层