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《地震资料数字处理》复习


《地震资料数字处理》复习 地震资料数字处理围绕以下三方面工作: 1、提高信噪比;2、提高分辨率;3、提高保真度。 一、提高信噪比的处理 1、原理 利用噪声和信号在时间、空间、频率和其他变换域中的分布差异,设计滤波因子,将噪声进 行压制。 2、处理顺序 提高信噪比包含消除噪声和增强信号两部分内容。 消除噪声一般在叠前的各种道集上进行,主要针对规则干扰如多次波和面波等, 增强信号一般在叠后剖面上进行,主要针对随机噪声。 3、随机噪声 是指没有固定的频率、时间、方向的振幅扰动和震动,其成因大致是来自环境因素、次生因 素和仪器因素,其中次生干扰的强度与激发能量有关。 随机噪声在记录上表现为杂乱无章的波形或脉冲, 在频率上分布宽而不定, 在空间上没有确 定的视速度。 随机噪声的随机性与道间距有关, 如果道间距减小到一定程度, 许多随机噪声表现出道间的 相干性,当道距大于随机噪声的相干半径才表现出随机性。 4、一维滤波器(伪门、Gibbs 现象) 频率滤波器是根据信号和噪声在频率分布上的差异而设计时域或频域一维滤波算子。 它压制 通放带以外的频率成分,保留通放带以内的频率成分。 Gibbs 现象是由于频率域的不连续或截断误差引起的,通放带和压制带之间设置过渡带 可克服此现象,设计滤波器就是控制过度带的形状和宽度。 5、二维滤波器 二维滤波是根据有效信号和相干噪声在视速度分布上的差异,来压制噪声或增强信号。 通常用来压制低视速度相干噪声,在 f-k 平面上占据低频高波数区域。 二维滤波比较容易产生蚯蚓化现象, 而且混波相现象明显, 在空间采样条件不满足或陡倾角 的情况下受到空间假频的影响,一般常用于压制一些规则干扰,如面波和多次波等。 6、频率-波数域二维滤波实现步骤: (1)把时间和空间窗口里的数据变换到 f-k 域; (2)在 f-k 域,通过外科切除,按径向扇形划分压制区 C(乘振幅置零)、过渡区 S(乘振幅 置 0 至 1 变化) 、通放区 P (乘振幅置 1) ;

(3)从 f-k 域反变换到 t-x 域。 8、数字滤波有两个特殊性质: (1)数字滤波由于时域离散化会带来伪门现象,

(2)由于频域截断会造成吉卜斯现象。 克服办法: (1)伪门的周期为 1/△t,△t 为采样间隔,所以减小△t 可以消除伪门现象的影响; (2)为减小吉卜斯现象的影响,可使滤波尽可能长些,或频域进行镶边处理。 9、奈奎斯特频率和波数 1 1 fN ? kN ? 二、反褶积: 2?t 2?x 1、基本假设: (1)地下地层是水平层状介质; (2)地震波是垂直入射,垂直反射的平面波; (3)地震子波在传播过程中保持不变; (4)噪声 n(t)=0 (5)地震子波是已知的; (6)反射系数具有白色分布特征; (7)地震子波具有最小相位特征 2、预测反褶积的基本假设: (1)反射系数具有白色分布特征; (2)地震子波具有最小相位特征。 其他相位子波不具有可预测性。 3、预测反褶积为何能压缩子波? 预测反褶积基本原理是从实际记录中减去了可预测部分。 由于在预测步长之后的子波延续部 分被减掉,所以子波得到了压缩。 4、预测反褶积为何能压制多次波? 设计预测步长等于多次波双程旅行时, 根据先到达的一次反射波预测并减去跟随其后多次波, 便可得到压制多次波后的地震记录。 5、地震子波的求取方法 (1)自相关法 (2)多项式求根法 (3)利用测井资料求子波 (4)对数分解法 6、地震子波的相位类型及特征 (1)零相位(线性相位的特殊情况,时域偶函数,非因果信号) (2)最小相位(最小能量延迟信号,能量集中在首部) (3)最大相位(最大能量延迟信号,能量集中在尾部) (4)混合相位(能量集中在中部) 7、最小平方反褶积的基本原理 一般反褶积,要求地震子波是最小相位的(求最小相位子波的约束条件简单) ; 最小平方反褶积,对子波相位无要求。 8、地表一致性校正是校正因表层因素引起的时间、振幅、波形和相位异常。 四、动校正及水平叠加 1、动校正的目的: 消除炮检距对反射波旅行时的影响, 校平共深度点反射波时距曲线的轨迹, 增强利用叠加技 术压制干扰的能力,减小叠加过程引起的反射波同相轴畸变。 2、水平叠加处理的作用及存在的问题 (1)作用:是把多次覆盖资料压缩成单次覆盖资料,增强有效信号,压制噪声,提高地震

记录的信噪比。 (2)问题: ①当动校正存在剩余时差时,水平叠加降低了分辨率; ②界面倾斜时,CMP 道集是反射段信息,即反射点是分散的。当倾角越大,炮检距越大, 界面越深,反射点偏离中心点越大; ③当地下构造复杂、 横向速度变化剧烈时, 不同地层的反射波场和绕射波场相互重叠和干涉, CMP 道集中的波场十分复杂。复杂的传播路径使反射同相轴严重偏离双曲线形态; ④叠加剖面的振幅是不同入射角反射振幅的平均,不等于零炮检距反射振幅。 3、叠加特性 (1)振幅平均作用:CMP 中各道具有不同的炮检距和入射角,因为反射系数随入射角而变 化,所以,反射波振幅随之变化,叠加=不同入射角的反射波振幅的平均,也=各道波形的平 均。 (2)统计压制作用:随机噪声受到相对压制,信噪比提高倍,n 为叠加道数或覆盖次数。 (3)时差衰减作用:多次波和干扰波存在时差,叠加具有压制作用。若时差较小或振幅较 强,叠后仍然可见。 (4)频率滤波作用:有效波残留时差导致相位移动、波形畸变和振幅衰减,主要表现为高 频损失。 五、速度分析(速度谱和速度扫描) 叠加速度是使反射波达到同相叠加的速度。 速度谱是一个二维函数, 它的自变量为反射波双程旅行时和反射波速度, 函数值为叠加能量 或相关系数。其图纵轴为时间,横轴为速度,函数值用等值线和颜色表示。按速度谱的函数 值可分为叠加速度谱和相关速度谱。 设反射波振幅为,(,) ,x 是炮检距,t(x,v)是试验速度对应的双程时,共中心点叠加振幅为
s t ,v ?

?
x

a x ,t ( x ,v )

则叠加振幅谱或相干准则为:

?coherency ?t v
,

?
?
x x

a x ,t ( x ,v )
,( , )

? | ax t x v

|
2

叠加能量谱或相似性准则为:

?semblance ?t v
,

?

? ? ? ? a x ,t ( x ,v ) ? ? x ?

?
x

a

2

x , (x , ) t v

相关谱是道间短时窗点积之和:

?correlatio

n ?t ,v ?

? ?
x

?
x

a x ,t ( x ,v )? ? ? a y ,t ( x ,v )? ?
1

y ?x

? ? ? a 2 x ,t ( x ,v )? ? ? ? ? x

?
y

a

2

y , ( x , )? ? t v

?2 ? ? ?

不同准则对反射波振幅有所侧重,相干性准则,强调较弱反射波;相似性准则,强调较强反 射波;相关性准则,强调道与道之间的波形一致性。 1、速度谱计算步骤: (1)选择计算速度谱的地面控制点及相邻面元个数; (2)确定参考曲线和试验速度范围及速度增量; (3)按选定的准则计算速度谱;

(4)解释速度谱。 2、均方根速度: 在地表水平、多层水平均匀介质情况下,当排列长度小于目的层深度时,反射波时距曲线近 似双曲线,此时叠加速度也就是均方根速度。 3、影响速度谱的因素: (1)排列长度,缺少近炮检距道会引起速度误差;缺少远炮检距道会降低速度的分辨率。 (2)覆盖次数,参与计算的样本越多,对提高速度谱分辨率有利,从统计角度看,覆盖次 数越高,压制随机干扰的效果越好,但增加了勘探成本。不增加成本,则用相邻几个 CMP 道集计算速度谱。 (3)信噪比,在低信噪比区,先去噪,再作速度分析。 (4)地层构造(复杂,在相同位置和相同时间上会有多个反射波,速度具有多值性) 、静校 正时差、波形一致性、振幅均衡、带宽、切除,时窗长度(短,统计效果差,长,含两个以 上的反射波,谱质量降低) ,速度间隔和速度范围对速度分均有影响。 3、影响速度谱的因素: (1)排列长度,缺少近炮检距道会引起速度误差;缺少远炮检距道会降低速度的分辨率。 (2)覆盖次数,参与计算的样本越多,对提高速度谱分辨率有利,从统计角度看,覆盖次 数越高,压制随机干扰的效果越好,但增加了勘探成本。不增加成本,则用相邻几个 CMP 道集计算速度谱。 (3)信噪比,在低信噪比区,先去噪,再作速度分析。 (4)地层构造(复杂,在相同位置和相同时间上会有多个反射波,速度具有多值性) 、静校 正时差、波形一致性、振幅均衡、带宽、切除,时窗长度(短,统计效果差,长,含两个以 上的反射波,谱质量降低) ,速度间隔和速度范围对速度分均有影响。 4、速度扫描: 采用一系列速度对 CMP 道集进行时差校正,得到对应的道集剖面,正确的速度使反射波同 相轴平直;偏低的速度导致校正过度(同相轴上翘) ;偏高的速度导致校正不足(同相轴下 弯) 。 5、速度及其分布直接影响反射波时间、振幅和波形三个主要特征。 反射波记录里包含速度分布信息,通过分析反射波特征,测量速度参数,建立速度模型,根 据速度模型重建地下地层结构。因此,速度模型反映了地质构造、地震记录、地层成像之间 的关系。 6、偏移速度分析: 反射波里包含速度信息, 利用偏移方法求取偏移速度如同利用叠加过程计算叠加速度, 其中 只有方式上的不同,没有本质上的差别;根据成像结果修正速度模型,通过速度模型改善偏 移效果,是一个相辅相成的过程。 7、叠加速度是关于反射波的(多值)参数。偏移速度是关于反射层的单值参数,避免了叠 加速度分析中多反射波干涉的麻烦。 8、叠前偏移速度 一般是通过由地震波均方根速度转换的地震波层速度建立初始速度模型, 再用迭代方法来准 确获得。 六、静校正: 复杂地表包括地形起伏和表层影响这两部分, 经常规处理后, 复杂地表问题表示为一个 等效的静校正量,对地面记录应用静校正,数据被移动到一个参考基准面上。 1、野外静校正 消除由于地表高程变化、 风化层厚度和速度变化、 激发和接收点深度变化等因素对反射波传

播时间的影响 六、静校正: 复杂地表包括地形起伏和表层影响这两部分, 经常规处理后, 复杂地表问题表示为一个等效 的静校正量,对地面记录应用静校正,数据被移动到一个参考基准面上。 1、野外静校正 消除由于地表高程变化、 风化层厚度和速度变化、 激发和接收点深度变化等因素对反射波传 播时间的影响 2、静校正的作用: (1)提高速度分析精度,改善动校正叠加效果; (2)减少叠加引起的高频衰减; (3)避免非同相叠加造成的波形畸变; (4)消除交点闭合差; (5)消除假构造。 3、统计剩余静校正量的假设条件: (1)地表一致性条件; (2)在共深度点或共炮点道集内, 各测点上剩余静校正量是随机的,其均值为零 4、长波长静校正、短波长静校正定义及影响。 七、偏移: 偏移是通过数值计算把地面记录延拓为地下波场的过程, 在这过程中, 绕射波得到收敛; 倾斜界面反射波得到归位,波场干涉得到分解,波前回转现象得到消除,界面折射(深度偏 移)得以校正,从而使地层构造、断层分布、断点、尖灭点、边缘、异常体和岩性变化得到 清晰成像和准确归位。 时间偏移和深度偏移的区别: 采用均方根速度并且不考虑界面处射线弯曲的偏移算法称为时间偏移(简单构造) ; 采用层速度并且考虑界面处射线弯曲的偏移算法称为深度偏移 (复杂构造, 速度场误差不大 于 3%) 。 叠前深度偏移主要运算量,在于偏移速度的求取,因为它要求很高的速度精度,以及浅 层速度对深层成像的影响, 横向速度变化的相互影响对速度模型的建立造成极大的困难。 速 度场的确定需要巨大的运算量。 叠加: 是把多次覆盖资料压缩成单次覆盖资料,增强信号减弱噪声的处理方法。 叠后偏移: (假设条件:水平层状介质,且无横向变速) 对叠后资料进行偏移,称为叠后偏移。处理费用少,对复杂构造成像精度差。 叠前偏移: (突破了水平层状介质的假设,速度横向变化剧烈) 对每一次覆盖资料单独偏移,然后叠加,称为叠前偏移。 (1)简单速度+简单构造=叠后时间偏移; (2)复杂速度+简单构造=叠后深度偏移; (3)简单速度+复杂构造=叠前时间偏移; (4)复杂速度+复杂构造=叠前深度偏移; (5)简单速度=时间偏移; (6)复杂速度=深度偏移; (7)简单构造=叠后偏移; (8)复杂构造=叠前偏移。

当地层平缓时,常规叠加即可满足要求;当地层倾角较大时,共中心点叠加导致反射点 模糊,叠前偏移能够实现真正的共反射点成像。在速度横向变化较小的情况下,叠前时间偏 移是最佳选择;当构造复杂时,叠前深度偏移比较适用。 三维偏移资料有两个主要优点:提供了更详细地下构造特征;消除“侧面反射” 。 当地层平缓时, 常规叠加即可满足要求; 当地层倾角较大时, 共中心点叠加导致反射点模糊, 叠前偏移能够实现真正的共反射点成像。 在速度横向变化较小的情况下, 叠前时间偏移是最 佳选择;当构造复杂时,叠前深度偏移比较适用。 三维偏移资料有两个主要优点:提供了更详细地下构造特征;消除“侧面反射” 。 叠后偏移存在诸多问题,其原因不是来自偏移算法本身,而是叠加数据: (1)零炮检距是炮点和检波点位置相同,多次覆盖恰恰缺失近炮检距道; (2)叠加过程具有倾角选择或滤波作用,一些反射波相对另一些反射波受到压制; (3)倾斜地层反射波的共中心点不等于共反射点,反射点分散造成位置误差,叠加表示反 射段的平均作用。 1 、 若 以 抽 样 频 率 fs=10Hz 对 如 下 周 期 信 号 xp(t)=3cos(2πt)+2cos(6 π t)+ 3cos(24 π t)+3sin(34πt)进行抽样,会产生频谱混叠现象。设分恢复信号是以原来的函数形式、以混叠 频率 fa=fk-Nfs 形成的信号(不产生混叠取 N 为零;产生混叠取 N 为整数,即 N=[f/fs+0.5]) 求: (1)分恢复信号; (2)总的恢复信号; (3)不产生频谱混叠现象的抽样频率 2、已知地震子波 x(n)={1,-0.5}0 和期望输出 g(n)={0,0,1}0,求反子波 h(n)={h0,h1}0 和 y(n)=x(n)*h(n),使实际输出 y(n)和期望输出 g(n)的误差能量在最小平方意义下为最小。 解: (1)求实际输出序列(2)求滤波因子 解: (1)求实际输出序列(3 分)

y(n)=x(n)*h(n)={h0,-0.5h0+h1,-0.5h1}0 误差能量: 分) (3

= 1-h0h1+1.25h02 +h1+1.25h12 (2)求滤波因子(5 分)

h(n)={h0,h1}0={-4/21,-10/21}0={-0.19047,-0.47619}0 (3)实际输出: 分) (1 y(n)=x(n)*h(n)={h0,-0.5h0+h1,-0.5h1}0 ={

}0 ={-0.19047,-0.38095,-0.23809}0

处理的流程 (1)观测系统定义; (2)预处理(道编辑、振幅恢复) ; (3)反褶积、静校正; (4)速度分析; (5)动校正、水平叠加; (6)剩余静校正; (7)偏移; (8) “(4)至(6)步”需要多次重复。


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