物探新方法、新技术

第一章 地震模拟技术

地震模拟技术是指用物理模型和数学模型代替地下真实介质，用物理实验和数学计算模拟地震记录的形成过程，以得到理论地震记录的各种方法和技术。

物理模拟 ：物理模拟是用一些已知参数的介质做成一定几何形态的模型来模拟地下地质结构，采用超声波模拟地震波，专用换能器模拟震源和检波器，将野外地震勘探过程在实验室内重现，得到理论地震记录的方法和技术。

物理模拟的优点是与实际情况接近，真实性和可比性高；缺点是模型制作和改变参数均困难、成本较高。

合成地震记录

制作合成地震记录的假设条件是：

(1) 地下介质是水平层状的，无岩性横向变化，各层间密度变化不大，均可视为常数；

(2) 地震子波以平面波形式垂直向下入射到界面，各层反射波的波形与子波波形相同，只是振幅和极性不同；

(3) 所有波的转换、吸收、绕射等能量损失均不考虑。

制作合成地震记录的步骤是：

(1) 获得反射系数

反射系数曲线⇒)(t R 波阻抗曲线),(ρv z

根据假设(1)，可用速度曲线代替波阻抗曲线。

通常用声速测井资料即可，但某些地区无声速测井资料，也可利用电测井资料获得声速资料(法斯特公式)

6/13)(102)(ρh h v ⨯= (1-1)

(2) 地震子波的选择

选用不同的子波来制作合成记录，与井旁的地震道比较，选择最接近的一个。

(3) 不考虑多次波及透射损失情况

地震子波与地层反射系数的褶积为合成记录

)()(*)(t s t t b =ξ (1-2)

(4) 不考虑多次波，但考虑透射损失情况

)()(*)(t s t t b =ξ (1-3)

式中 )(t ξ——t 时刻并考虑以上各界面透射损失的等效反射系数。

例如第n 个界面的等效反射系数为

)1()1)(1(212221ξξξξξ---=-- n n n n

(5) 考虑多次波及透射损失情况

)()(*)(t s t t b =ξ (1-4)

式中 )(t ξ——t 时刻并考虑多次波与以上各界面透射损失的等效反射系数。

图1—3为合成地震记录的示意图。利用合成地震记录，对地震剖面上的地质层位

进行标定，但不可能完全匹配。

二维合成地震记录对垂直传播和零偏移距没有限制。可以模拟绕射现象，也可以模拟与偏移距有关的初至、波形和振幅，同时考虑了波型转换。

地震数值模拟

1.3.1 概述

地震数值模拟(Seismic Numerical Simulation or Seismic Numerical Modeling)是在假定地下介质结构模型和相应物理参数已知的条件下，模拟研究地震波在地下各种介质中的传播规律，计算地面或地下各点地震记录的一种地震模拟方法。

地震数值模拟与地震物理模拟同属于地震正演过程，即已知地下介质结构模型和相应物理参数，预测地面或地下各点的地震记录。而地震勘探为地震反演过程，即利用地面或地下各点的地震记录来推导地下介质结构模型(包括构造和岩性)。地震反演是建立在地震正演基础上的，因此地震数值模拟不仅可以进行地震正演模拟研究，同时也是地震反演的基础。

地震数值模拟方法可以归纳为地震波方程数值解法、积分方程法和射线追踪法三大类。不同的地震数值模拟方法基于不同的波动方程表达方式。

第二章地震反演技术

地震反演技术是岩性地震勘探的重要手段之一，是一门集地震、测井、地质、计算机等多学科的综合地球物理勘探技术。地震反演利用地表观测地震资料，以已知地质规律和钻井、测井资料为约束，对地下岩层空间结构和物理性质进行成像(求解)的过程，是反演地层波阻抗(或速度)的地震特殊处理解释技术。地震反演方法具有明确的物理意义，是预测岩性的确定性方法，在油气勘探中取得了显著的地质效果。

煤田地震反演工作起步较晚，处在叠后地震反演的研究和初步应用阶段。近年来，我们把地震反演技术应用于多家煤矿，其关注的重点是煤矿安全开采的有关地质问题，获得了丰富的地质成果，主要包括：

(1) 提高弱反射煤层的可检测性；

(2) 利用反演剖面提供的岩性信息来划分地层，研究煤层顶板的稳定性；

(3) 确定奥陶系灰岩顶部岩层中的含隔水性，查明含、隔水层的空间分布和厚度分布；

(4) 圈定火成岩侵入煤层的范围；

(5) 预测煤层厚度；

(6) 划分新生界下部地层岩性和含隔水性

2.1 地震反演方法的分类

从使用的地震资料来分，地震反演可分为叠前反演(基于旅行时的层析成象技术和基于振幅的A VO分析技术)和叠后反演(基于旅行时的构造反演和基于振幅的波阻抗反演)；从利用的地震信息来分，地震反演可分为旅行时反演和振幅反演；从反演的地质结果来分，地震反演可分为构造反演、波阻抗反演和多参数岩性(地震属性)反演；从实现方法上来为，地震反演可分为递推反演、基于模型的反演和地震属性反演。

地震反演方法基本上分成两大类，一类是建立在较精确的波动理论基础上，即波动方程反演。这类方法主要在理论上进行探讨，尚未达到实用阶段。另一类是以地震褶积模型为基础的反演方法，目前流行的都属于这一类。具体地说，它又分成两类：一类是由反射系数推得的直接反演法，如虚测井、道积分等；另一类是以正演模型(褶积模型)为基础的间接(迭代)反演法，如无井资料的广义线性反演和有井资料的宽带约束反演、基于模型地震反演等。

2.2 基于模型的地震反演

基于模型的地震反演方法根据钻孔测井数据纵向分辨率很高的有利条件，对井旁地震资料进行约束反演，并在此基础上对孔间地震资料进行反演，推断煤系地层岩性在平面上的变化情况，这样就把具有高纵向分辨率的已知测井资料与连续观测的

地震资料联系起来，实行优势互补，大大提高三维地震资料的纵、横向分辨率和对地下地质情况的勘探研究程度。

基于模型地震反演的基本原理是建立在地震记录褶积模型基础上，即地震记录S(t)是反射系数R(t)和地震子波W(t)的褶积：S(t)＝R(t)*W(t)。其实质就是从测井资料出发，根据钻井分层数据及时深关系对井进行精细时深标定，建立一个初始波阻抗模型，用此模型合成地震剖面与实际地震剖面作比较，然后不断修改模型，使合成剖面最佳地逼近实际剖面，得到最终的地质模型。基于模型的地震反演流程见图2—1，其基本步骤包括：

图2—1 基于模型的地震反演流程图

(1) 测井资料的处理

如果是模拟测井资料，首先要对其进行数字化处理。同时，由于每一口井的位置及其他干扰因素的存在，每条测井曲线的值存在较大的差异。因此，要根据每口井的柱状图及实际物性参数对每口井进行归一化处理。而对于数字测井可免去这一步骤。最后在由测井资料计算出岩层的反射系数序列。

(2) 层位解释

将地震数据进行常规的处理以后，要进行精确的层位解释，层位是建立模型的基础，层位解释的精确与否直接影响着模型的精度。

(3) 子波提取

合成记录的制作以及下面的反演运算中都要用到子波，子波的提取是重要的一环。

(4) 合成记录制作及层位标定

将子波与反射系数序列进行褶积得出合成记录，然后将合成记录与地震记录进行精确的标定，标定的结果是拉伸或压缩了井曲线。

(5) 模型建立与修正

初始模型的建立是一个人机交互的处理过程，对反演结果的好坏有直接影响。首先通过地震资料进行层位解释，制作合成记录，对每口井与井旁地震道做层位标定；并以层位解释为控制，从井点出发，将测井数据外推内插，在三维空间的每一个点建立初始模型。这个过程实际上是把横向上连续变化的地震界面信息，与垂向上具有高分辨率的测井信息相结合的过程。

(6) 地震反演

有了子波和初始模型，下一步就可以进行反演运算。运算过程主要通过修改初始模型，使合成剖面最佳逼近实际地震剖面。

2.3 地震反演关键技术

2.3.1 地震资料高保真处理

为了做好地震资料的高保真处理，通常应注意以下几点：(1) 对原始资料的异常道进行精细的剔除操作，这是最基本也是最重要的一个步骤；(2) 做好高精度静校正和精细速度分析工作；(3) 注意保护原始资料的带宽，防止片面强调提高资料的信噪比；(4) 尽量使用地表一致性反褶积等多道反褶积，防止使用单道反褶积，从而保证激发地震子