地震勘探基础(十一)之水平叠加处理

水平叠加处理

地震资料经过预处理,静校正,反褶积,速度分析和动校正处理后就要进行水平叠加处理。地震水平叠加处理是地震常规处理的重要环节。

假设一个共中心点道集有三个地震道,经过速度分析和动校正以后,水平叠加以后的有效波就得到增强,随机干扰得到有效的压制。

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如下图所示,三个共中心点道集经过动校正后浅层有畸变,畸变切除后的道集即可水平叠加。

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共中心点道集经过动校正后叠加起来,每一个共中心点道集叠加以后就变成了一道。

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把水平叠加以后的道紧凑地排列起来,横轴为测线方向的地面坐标,纵轴为反射波的双程旅行时。

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每一个共中心点道集都如上处理,直到把测线上的所有的共中心点都处理完。最终可以得到比较真实反映地下地层形态的水平叠加剖面。

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将工区中所有地震勘探的测线都这样处理,有多少条地震测线就有多少个水平叠加地震剖面。

为什么地震水平叠加剖面能够提高信噪比呢?设水平叠加后的总输出 F ( t ) F(t) F(t) 为动校正后各道地震波 f ( t − δ t k ) f(t - \delta t_k) f(tδtk) 的叠加,各道地震波波形没有变化,各道只存在剩余时差 δ t k \delta t_k δtk,其中 k = 1 , 2... , n k=1,2...,n k=1,2...,n n n n 为地震多次覆盖的次数,那么水平叠加后的频谱 F ( ω ) F(\omega) F(ω) 等于无剩余时差 f ( t ) f(t) f(t) 的频谱 f ( ω ) f(\omega) f(ω) 乘以 K ( ω ) K(\omega) K(ω)

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根据傅里叶变换的时延定理,可以得到滤波器 K ( ω ) K(\omega) K(ω) 指数求和的表达式,这个滤波器就成为叠加特性函数。叠加特性的振幅特性函数 K ( ω ) K(\omega) K(ω) 也可用正余弦表示,如下图所示:

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为了方便研究,可以将叠加特性函数除以覆盖次数 n n n 进行归一化。

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分析 P ( ω ) P(\omega) P(ω) 可以得知,一次反射波不存在剩余时差,叠加后得到增强。只要合理设计地震野外观测系统参数,就可以让一次反射波在通放带通过,让存在剩余时差的干扰波在压制带被压制。

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从多次叠加的频谱特性曲线图上知道,在设计地震野外观测系统参数时,应该充分考虑这一因素,不能让通放带太窄。多次覆盖水平叠加尽管提高了信噪比,但是由于水平叠加以后频带变窄,地震分辨率相对变低。

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水平叠加的统计效应和检波器组合法的统计效应在数学原理上相似。当道集内个道炮检距的差值大于相关半径时,则各道的随机干扰就是互不相关的。当进行了 n n n 次覆盖后,随机干扰只增强了 n \sqrt{n} n ,而有效波则增强了 n n n 倍。所以多次叠加对随机干扰的压制效果优于检波器组合法。

那么影响水平叠加的因素主要有观测系统,地震速度,界面倾角和时距曲线特征等。随着道间距 Δ x \Delta x Δx 的增加,通放带变窄,变陡,压制带向左移,有利于压制与一次波速度相近的多次波干扰波。但是 Δ x \Delta x Δx 不宜过大,太大会使一次波也被压制。 Δ x \Delta x Δx 过小,干扰波也处于通放带,不利于压制。

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偏移距越大,通放带越窄,有利于压制与有效波速度相近的规则干扰波。太大会导致规则干扰波进入二次极值区,影响压制干扰波的效果,也会损失浅层有效波。

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覆盖次数 n n n 越大,通放带越窄,对多次波的压制效果越好。过大会不利于尚存在剩余时差的有效波。

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下图展示了叠加次数不同的地震剖面。覆盖次数的提高有利于地下构造的清晰成像。

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动校正速度对水平叠加效果也有比较大的影响,如果速度正确,能够将反射波同相轴实现叠加,叠加效果就会变好。

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如果速度太低或者太高,反射波同相轴较不直都会使有效波叠加效果变差。

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另外,地层倾角对于叠加效果也有影响,当地层倾斜时,如果我们仍然按照水平界面情况下,多次覆盖观测系统进行观测,能满足共中心点(CMP),但是不能满足共深度点(CDP)和共反射点(CRP)。

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而且反射点分散在界面一定范围内比与界面的倾角有关,存在倾角时差。因此,如果使用水平叠加的方法处理倾斜地层必然影响叠加的实际效果。

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因此,必须进行倾斜地层的倾角时差校正。在倾角时差(DMO)校正后在进行水平叠加,该方法也叫做叠前部分偏移。

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但是 DMO 校正后的位置离真正反射点的位置依然有偏差,应该应用更好的叠前和叠后偏移的方法让反射点真正归位。

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在地下构造复杂,速度横向变化剧烈的情况下,反射波的时距曲线本身不是双曲线,特别是在三维地震勘探中,反射波的旅行时还与炮检方位角有关,因此,无论采用什么动校正速度,可能都不能把时距曲线校成直线,这就会严重影响水平叠加的效果和成像的精度。因此我们可以采用叠前偏移叠加其它一些方法来取代水平叠加处理。

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常规的水平叠加剖面是对共中心点道集的全部炮检距进行 NMO 校正后叠加。全炮检距水平叠加剖面不利于储层预测和油气检测。

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因此,在常规水平叠加处理基础上,还提出了角度叠加或者部分角度叠加的概念。在部分角度叠加剖面上,可以解释出全叠加剖面上没有的地质或者是油气特征。

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