面元大小与纵向分辨率关系

2006年8月 石油地球物理勘探 第41卷　第4期　
3天津市大港区大港油田公司,300280本文于2005年8月8日收到。

・讨论・
面元大小与纵向分辨率关系
熊金良3　岳　英　杨　勇　薛广建　岳云福　王光奇
(中国石油大港油田公司)
摘 要
熊金良,岳英,杨勇,薛广建,岳云福,王光奇.面元大小与纵向分辨率关系.石油地球物理勘探,2006,41(4):489～491
分辨率是度量地震资料品质的一个重要技术指标。

提高纵向分辨率已从传统的采集处理方法逐渐过渡到以较小的空间波场采样率为主导的采集处理方法。

近年来,人们对于小面元采集技术可提高纵向分辨率有两种认识:其一是认为在三维地震勘探中用来表示最高混叠频率与面元大小的关系式,可以表示面元大小与纵向分辨率的关系;其二是认为偏移处理可提高纵向分辨率。

为此笔者用实际资料和物理模型正演系统地分析了面元大小与纵向分辨率的关系,指出了小面元本身并没有提高纵向分辨率,而它提高纵向分辨率的实质是通过面元叠加提高高频端信噪比,进而提高纵向分辨率。

关键词　面元大小　纵向分辨率　物理模型正演　偏移
1　引言
不断提高地震资料的纵向分辨率是地球物理工作者不懈追求的目标。

狭义的高分辨率是争取一个宽的纵向有效频宽。

傅氏谱宽窄一定程度上反映了纵向分辨率。

近几年逐渐发展起来的小面元(包括细分面元)采集技术被认为在提高横向分辨率的同时也提高了地震资料纵向分辨率。

目前对于小面元可提高纵向分辨率有两种流行的观点:一是利用面元与最高无混叠频率关系解释小面元提高纵向分辨率;二是通过高密度空间采样偏移利用高频成分成像来解释纵向分辨率的提高。

面元与纵向分辨率的关系事关高分辨率采集处理技术的发展方向和作业成本,可见深入探讨面元大小与纵向分辨率的关系有助于选择适合特定地震地质条件下的高分辨率地震工作方法。

2　面元大小与纵向分辨率关系
空间采样率狭义上可理解为以长度为单位的横向采样率和以时间为单位的纵向采样率。

纵向
分辨率会影响横向分辨率,不少文献对此作了精辟的论述。

横向分辨率的极限也是四分之一地震波长,但波长随主频的增加而缩小,也就是说提高纵向分辨率的同时也必然会提高横向分辨率。

横向采样率(面元大小)与横向分辨率的关系是非常清楚的,但横向采样率(面元大小)与纵向分辨率的关系尚不清楚。

实际资料表明,较小横向采样率地震资料相对较大横向采样率地震资料有较高的纵向分辨率。

那么是否通过小面元提高横向分辨率的同时也提高了纵向分辨率呢?目前地球物理界关于小面元提高纵向分辨率存在以下两种可能的解释。

(1)以最高无混叠频率衡量　在三维地震勘探中,最高无混叠频率可表示为
f max =v int /(4b sin
α)(1)式中:v int 为层速度(m/s );b 为面元边长(m );α为地层倾角;f max 为最高无混叠频率(Hz )。

上式表明面元大小与纵向分辨率有直接关系,面元愈小所对应的频率愈高。

(2)通过高空间采样率地震资料的叠前时间偏移将使高频信息聚焦成像,即使纵向分辨率提高。

笔者对上述两种解释提出质疑。

对于前者可举
石油地球物理勘探2006年　
例说明:若地层倾角为30°,用1m ×1m 面元可获得1250Hz 高频,而用100m ×100m 面元则仅能得到12.5Hz 信号。

我国西部100m ×100m 大面元采集绝非仅仅只获得12.5Hz 以下信号。

也就是说,式(1)仅
能描述面元大小与混叠频率的关系,但不能给出面元大小与纵向最高频率的关系。

只有纵向最高频率才能决定纵向分辨率。

对于后者,理论上讲偏移就是归位,是一种体域滤波,它只是将绕射点的菲涅尔带内能量归位到极限为四分之一波长范围内。

也就是说,偏移仅提高横向分辨率,而不提高纵向分辨率。

3　实际资料和物理正演资料分析
图1是同一地区不同采集面元的叠前时间偏移剖面和对应的同时窗叠加和偏移资料振幅谱(剖面的处理流程和参数严格一致)。

从图中可明显看出:小面元(12.5m ×12.5m )比大面元(25m ×25m )具有较宽的振幅谱。

以-20dB 为参考线,小面元高频端可达125Hz ,而大面元仅有110Hz 。

无论是大面元还是小面元,偏移前后振幅谱基本上没有发生变化。

这表明偏移对纵向分辨率没有什么贡献,似乎小面元可以提高纵向分辨率。

为了进一步考察上述结论,不妨利用高信噪比
的物理模型正演不同面元与纵向分辨率的关系。

图2是6m ×6m 面元和24m ×24m 面元的叠加和偏移资料的振幅谱。

从图中可明显看出:小面元(6m ×6m )和大面元(24m ×24m )具有几乎相同宽度的振幅谱。

以-20dB 为参考线,小面元和大面元高频端几乎都是130Hz ;无论是大面元或是小面元,偏移前后振幅谱基本上没有发生变化。

这表明小面元并没有提高纵向分辨率,而偏移对纵向分辨率也没有什么贡献。

实际资料和物理模型均表明偏移没有提高纵向分辨率。

但对小面元提高纵向分辨率却有着截然不同的结论。

分析认为:实际资料是在相对较高噪声背景下采集的,小面元使资料在单位面积内数据量增大,单位长度内总道数增加,因此实施面元之内各道的叠加结果提高了高频端信噪比,进而提高了纵向分辨率。

物理模型正演是在相对低噪声环境下进行的,虽然小面元使资料在单位面积内数据量增大,单位长度内总道数增加,但由于几乎是静噪背景,所以最终面元叠加并不能明显提高高频端信噪比,也就是说没有提高纵向分辨率。

实际资料和物理模拟结果表明,小面元本身并没有提高纵向分辨率,小面元提高纵向分辨率的实质是水平叠加多次覆盖优势的隐含体现。

图1　不同采集面元的叠前时间偏移剖面和对应的同时窗叠加和偏移资料振幅谱比较
(a )、(b )、(c )分别为25m ×25m 面元对应的叠前时间偏移剖面、相同位置的叠加振幅谱和偏移振幅谱;(d )、(e )、(f )分别为12.5m ×12.5m 面元对应的叠前时间偏移剖面、相同位置的叠加振幅谱和偏移振幅谱
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　第41卷　第4期 熊金良等:元大小与纵向分辨率关系
图2　物理模型正演面元大小与纵向分辨率关系结果比较
(a )、(b )分别是6m ×6m 面元对应的叠加和偏移资料的振幅谱;
(c )、(d )分别是24m ×24m 面元对应的叠加和偏移资料的振幅谱
4　结论与建议
综上所述,可以得到以下结论:
(1)不能用面元大小与最高无混叠频率的关系来解释小面元与纵向分辨率的关系;
(2)从实际现场资料来看,小面元比大面元具有较高的纵向分辨率;
(3)相对叠加来说偏移没有提高纵向分辨率;(4)相对大面元来讲,小面元本身没有提高纵向分辨率,它是通过提高高频端的信噪比来提高纵向分辨率的,换句话说,小面元是通过提高叠加次数提高纵向分辨率。

针对小面元提高实际地震资料横向分辨率的同时又提高高频端信噪比进而提高纵向分辨率的事
实,建议在采用小面元提高横向分辨率地区的采集要适当降低覆盖次数。

本研究得到中国石油股份公司科研项目资助,张保庆、曾天玖、夏永革提供了资料处理帮助,在与钱荣钧教授、赵帮六教授的讨论中也受益匪浅,在此一并致谢。

参考文献
[1]　Andreas Cordsen 等著;俞寿朋等译.陆上三维地震勘
探的设计与施工.石油地球物理勘探局,1997
[2]　李庆忠.走向精确勘探的道路.北京:石油工业出版
社,1993
[3]　R E 谢里夫(美),L P 吉尔达特(加).勘探地震学.北
京:石油工业出版社,1999
(本文编辑:冯小球)
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　2006年8月 石油地球物理勘探 第41卷　第4期　
作者介绍
狄帮让　研究员,1961年生;1982年毕业于长春地质学院并获学士学位,1990年于哈尔滨工业大学获硕士学位,现
在中国矿业大学攻读博士学位;长期从事地球物理模型
和地震采集技术基础研究工作。

何兵寿　副教授,1973年生;1996年毕业于中国矿业大学(徐州)物探专业,2002年获石油大学(北京)应用地球
物理专业博士学位,现在中国海洋大学海洋地球科学学
院从事多波多分量地震勘探方法研究和相关教学工作。

王西文　高级工程师,1956年生;1982年毕业于西安地质学院,1987年在该校硕士研究生毕业后留校任教,1997年
进入中国科学院攻读博士学位。

现在中国石油勘探开
发研究院西北分院地球物理研究所工作。

张继国　高级工程师,1963生;1983年毕业于华东石油学院勘探系石油地质专业,先后在胜利石油管理局孤岛采油
厂、塔里木胜利油田勘探公司、中石化胜利伊朗勘探项
目部从事勘探、开发工作,现为胜利石油管理局石油开
发中心副经理。

参加工作以来,先后发表多篇论文。

卞爱飞　学士学位,1981年生;2004年毕业于中国地质大学(武汉),现为中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息
学院在读硕士研究生,主要从事波场正演和VSP资料
处理方法研究。

徐文君　1981年生;2004年毕业于中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,获学士学位;现为中国地质大
学(武汉)能源地球物理研究所在读硕士生,主要研究方
向为地震速度研究。

韩文功　教授级高级工程师,1961年生;1983年毕业于武汉地质学院石油地质专业获学士学位;1990年获石油大
学物探硕士学位;2002年3月中国科学院兰州地质所
博士毕业,获博士学位。

一直从事地球物理勘探研究和
生产管理工作,发表论著多篇。

现任胜利石油管理局副
总工程师。

李清仁　高级工程师,1961年生;现为中国海洋大学在读博士生,主要从事地震资料解释及石油地质综合研究。

董春梅　副教授,1963年生;1985年毕业于华东石油学院地质专业,获学士学位;1995年毕业于石油大学油气地质
与勘探专业,获硕士学位;2004年毕业于中国科学院地
质与地球物理所地质学专业,获博士学位。

主要从事储
层地质学及沉积盆地流体矿产、油藏描述的教学与科研
工作。

发表论文30余篇,出版教材5部。

亓雪静　工程师,1975年生;1996年毕业于石油大学(华东)应用地球物理专业,学士学位;长期从事油气地质
勘探研究工作。

石玉梅　博士,1966年生;1989年毕业于成都地质学院勘察地球物理专业;1992年毕业于成都地质学院应用地球
物理专业,获硕士学位;2001年毕业于中国矿业大学地
球探测与信息技术专业;现在中国石油勘探开发研究院
从事波动方程正反演、时移地震、多分量地震理论和方法研究。

王宝江　工程师,1970年生;1994年于大庆石油学院获学士学位,主要从事隐蔽油气藏储层预测研究。

王建民　教授级高级工程师,1961年生;1982年毕业于华东石油学院物探专业;1999年毕业于长春科技大学地球探测与信息专业,获硕士学位;2004年毕业于吉林大学地球探测与信息技术专业,获博士学位;现为清华大学在站博士后。

主要从事地震资料采集、处理、解释及石油地质综合研究。

马德堂　讲师,博士研究生,1965年生;现从事数学教学和波动方程正反演以及地震层析成像研究工作。

段云卿　副教授,1958年生;1982年毕业于华东石油学院物探专业。

发表论文多篇,现在中国地质大学(北京)从事教学和地震资料处理及解释方法研究工作。

卢明辉　博士研究生,1974年生;1995年毕业于山东工业大学化工机械专业,获学士学位;现在清华大学地震波勘探开发研究所攻读博士学位;主要进行各向异性介质中地震波传播机理研究。

何展翔　教授级高级工程师,1962年生;1989年获中国地质大学(武汉)应用地球物理专业硕士学位,发表多篇论文。

现在成都理工大学攻读在职博士学位。

刘天佑　教授,1945年生;现在中国地质大学(武汉)从事地球物理勘探的教学与研究工作。

孙昶旭　1982年生;2004年毕业于石油大学(华东)资源勘查工程专业,获学士学位;现在中国地质大学(北京)矿产普查与勘探专业攻读硕士学位,研究方向为盆地分析与模拟。

卢刚臣　高级工程师,1972年生;1995年毕业于石油大学综合勘探专业,获学士学位;2003年毕业于石油大学(北京)综合勘探专业,获硕士学位。

现在东方公司研究院大港分院从事地震资料综合解释工作。

杨克绳　教授级高级工程师,1937年生;享受政府特殊津贴专家。

1957年北京石油学院石油地质专业毕业。

长期从事石油地质综合勘探研究及管理工作,1974年参与并主持了任丘古潜山油田发现井———任4井的拟定工作,出版专著及合著各一部。

党瑞荣　教授,博士生导师,1957年生;1988年毕业于北京理工大学引信技术专业,获硕士学位;1991年毕业于南京理工大学引信技术专业,获博士学位。

长期从事测控技术及仪器的研究,曾发表多篇论文,并获省、部级奖。

熊金良　教授级高级工程师,1963年生;2003年获美国南阿拉巴马大学工商管理硕士学位,2004年获石油大学地球物理博士学位。

一直从事地震资料采集、处理、解释等研究工作,发表论文20余篇,现在大港油田分公司从事地球物理技术研究工作。

Oil G eophysical Prospecting2006　
K ey w ords:Lingqing dep ression,Paleozoic,Ordo s basin
Yang K e2sheng,Geologic Research Center,B GP, CN PC,Zhuozhou City,Hebei Province,072751, China
Study of32C induction log system.Dang Rui2rong, Q in Yao,Xie Yan and W ang H ong2miao.OGP, 2006,41(4):484～488
In worldwide,t hin and interbedded reservoir occupied30%of total discovered reservoirs.The t hin and interbedded reservoir is also called aniso2 t ropic reservoir t hat occupies more p roportion in China.Ordinary elect romagnetic logger only meas2 ures resistivity in horizontal direction and easily underestimates and fails to measure t he interactive t hin reservoir wit h low resistivity and low con2 t rast.The32C induction log system can directly measure bot h horizontal and vertical resistivity of st rata and also measure t he dip angle and azimut h of strata.The paper int roduced struct ure and measuring p rinciple of coil system in32C induction logger,expounded two forward and inversion met hods of anisot ropic st rata:staggering grid fi2 nite2difference met hod and finite2element met hod and finally f urt her discussed application prospect of 32C induction log system.
K ey w ords:induction logger,32component(32C), anisot ropy,measuring principle,forward simula2 tion,inversion
Dang Rui2rong,Shanxi Province Photoelect ric Sensing and Logging Lab,Xi’an U niversity of Pe2 t roleum,Xi’an City,Shanxi Province,710065,China
R elationship bet w een bin size and inline resolution. Xiong Jin2liang,Yue Ying,Yang Yong,Xue G u ang2 jian,Yue Yun2fu and W ang G uang2qi.OGP,2006, 41(4):489～491
The resolution is an important technical index measuring t he quality of seismic data.The job of imp rovement of inline resolution has been gradual2 ly t ransited f rom t raditional acquisition and p ro2 cessing met hods to t hat mainly taking smaller spa2 tial sampling rate of wave field.In recent years, t he people have two kinds of knowledge for im2 p rovement of inline resolution by minor bin size ac2 quisition technique:one is to consider t he formula, exp ressing t he relationship between t he highest Nyquist f requency and bin size in32D seismic ex2 ploration,can express t he relationship between bin size and inline resolution;t he ot her is to consider t he migratio n can improve inline resolution.For t hat reason,analyzed systematically t he relation2 ship between bin size and inline resolution by prac2 tical data and forward p hysical models,t he aut hors pointed out t hat t he minor bin size it self does not imp rove t he inline resolution and t he nat ure of im2 p roving inline resolution is to imp rove S/N ratio in high2f requency ends by bin size stack and t hen to imp rove inline resolution.
K ey w ords:bin size,inline resolution,forward p hysical model,migration
Xiong Jin2liang,Dagang Oilfield Co.,Tianjin Cit2 y,300280,China
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