地震勘探原理
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探精度的不断提高。 地震勘探精度提高的五次飞跃 第一次飞跃（30年代）： 由折射地震法改进为反射法，出现了带自动增益控 制及RC电路滤波器的地震仪，开始使用组合检波技术。 第二次飞跃（50年代）：出现多次覆盖技术，出现模拟磁带记录仪，地震剖 面信噪比大幅度提高。
第三次飞跃（60年代）：出现反褶积技术及速度滤波技术，出现数字地震仪
通常记录道在中频段（10—60Hz左右）信噪比较高，小于10Hz往往低频 面波占据优势，而高频60—100Hz往往又是由高频干扰成分占统治地位。 有效频宽：S/N大于1的部分 （见图21） 任何反褶积或单道褶积滤波都不会改变每一个频率成分中的信噪比。（ 在褶积过程中，褶积算子对信号与噪声一视同仁） 那么为什么带通滤波可以改进信噪比和视觉分辨率呢？ 带通滤波和反褶积不能改变不能改变每一个频率成分的信噪比例，但却 能改变视觉信噪比和视觉分辨率。
40―50Hz的曲线频带太窄，根本不能反映砂层的存在，而40―160Hz的曲 线虽然绝对频宽很宽，但对模型的反映也很差，因为缺乏低频。 结论：分辨率与频宽成正比这句话虽然不错，但是并不能光看频宽数值愈大 愈好，还要注意不要丢掉低频成分，那种丢掉低频成分的，表面上看来主频 较高的分辨率是假分辨率。
三、分辨率与信噪比的关系
所以 z R =22m
以上公式假定了地震子波是理想的雷克子波。 在上述分辨厚度时，相邻两个雷克子波的过零点互相重合。 最小相位子波和混合相位子波可分辨厚度更差。 Rayleigh 指出： “一个反射波的分辨率的极限是 1/4 波长。 ”
6
3．三种相位特征带通子波的分辨率
（1）子波的分辨率与频宽有关 （2）随着频带加宽，子波的连续振动相位数逐渐减少，并且主峰漫漫变窄，变尖锐，即分辨率逐渐变高。 （3）在相同频带范围的子波中，以零相位子波的分辨率为最高，而实际子波是混合相位的。 （4）在频带窄的时候，最小相位及混合相位子波与零相位的波形差别不大。但是当频宽在一个倍频程以上 时差别就大了。如零相位的 10—80 及 10—160Hz 的子波分辨率相当好，一个正峰十分突出，而最小相位 子波变成正负相间的一个强头部，后面跟着一串振荡波形，而混合相位子波，表现为一个高频的头部和后 面拖着一个低频的长长的尾巴，分辨率就降低了。
3
高分辨率系统工程
Shot 激发——小药量，小井深 Sweep 可控震源——变频扫描，单车 Gephone 检波——高频检波器（包括涡流式） Apparatus 接收仪器——扩大瞬时动态范闲，高频提升 Pre-ampli. 前置放大——提高低截频 Array 排列——缩小道距，缩小组合基距 Sample Rate 采样率——提高采样率 Environment 环境——平静的记录环境，避免高频噪音 Survey 测量——实测炮点及检波点的坐标（高程） Pre-processing 预处理——作好静校正 Q-comp. 大地吸收补偿 Deconvolution 反褶积——仪器反褶积（反组合反熠积） ——不能采用单道反褶积 ——两步法统计反褶积（地表一致性反褶积） Vel. Anal. & NMO Rasid. statics 速度分析，动校正，自动剩余静校正 迭代反复，甚至分频处理 P-wave fitting 拟合t0道，求P波剖面，代替水乎叠加 Post-stack sp. Wh 叠后谱白化或预测反褶积，展宽频谱 Refl.coeff.blue effect correction 对反射系数“兰色效应”的校正 Zero-phase Wavelet 子波剩余相位校正——子波零相位化 Impedance Inversion 反演成波阻抗或积分地震道 Interpretation 解释——层位标定、砂层追踪及厚度推算等等
4
二、分辨率的基本概念
1. 严格的分辨率定义
要使两个地震波完全分开，必须两个子波脉冲的包络完全分开，如果两 个子波的包络连在一起，必然互相干涉，两个波的振幅、频率必然含糊不清 。 Knapp认为：垂向分辨率应该用地震子波脉冲的时间延续度来定义。 子波延续长度很长，在常规的两三千米勘探深度上，一个地震子波大概 至少要振两三下，时间延续度长达100—200ms（折合约为150—300m），压
缩成一个振动相位，则也往往要长达50—80ms（折合约为75—120m左右）
。两个波严格地可分辨，子波的包络互相分开。
5
2.不太严格的分辨率定义
1 垂向分辨率（时间分辨率） t R t ： 2.3 f f ：地震子波视频率（主频）
v tR * 厚度分辨率： z R z 2 4 .6 f =30Hz z R ：可分辨厚度 如 V=3000m/s
R N ( f ) 是频域含噪比： R N ( f ) 1 R S ( f )
0 Rs ( f ) 1
求和号 ，含信比比信噪比更合理，因为如果噪声等于零，S/N 可以等于无穷大。
3 是从零频率加到 f N 4
3 1 (fN= 为 Nyquist 频率)，因为 f N 之上振幅极小， 2t 4
ห้องสมุดไป่ตู้
如 40―16 0 Hz的 宽 频 不一定 比 10― 80H z的 宽频好 ， 因为 前者 缺 乏
10―40Hz的低频段（图15~16），会使原砂层在波阻抗反演后形成砂层
中央的阻抗值下陷，即绝对频宽很宽的子波如果缺了低频也不好。
左：从 3m 到 60m 的 7 个砂层模型的反射系数。Δ t=2ms，v=3000m/s。 右边是不同频带的子波与反射系数的褶积结果。第 7 条曲线 40―50Hz 子波频带太窄，连续振 动多，最差。曲线 2、3 频带最宽，为 5―135Hz 及 10―160Hz，它们的反射波形都接近反射 系数曲线。曲线 6、10 为 10―23 及 10―33Hz，频带虽不宽，但定性地可以反映出存在着 7 个 砂层。
6.不同频率有不同用处
在时间域，当子波的主瓣宽度（半周期）和砂层的时间厚度相一致时，褶积后， 输出振幅达到最强，否则振幅要变弱。显然，被增强的砂层厚度大致为 1/4 视波 长。 （图 17-19）
1 v Δ H= v T 4 4f
增强砂层的厚度与加强频率的关系（v=3000m/s） 厚度（m） 75 37.5 25 18.8 12.5 9.4 7.5 6.2 4.7 频率(Hz) 10 20 30 40 60 80 100 120 160 如希望搞清楚厚度为 60m 的砂层，f1 必须达到 10Hz，否则如图 16 中曲线 20—66Hz，不能反 映出 60m 的砂层，但它可以勉强反映 30m 的砂层。又如要正确反映出 6m 的砂层（包括它的 宽度和波阻抗值） 则需要 f2 达到 120Hz， ， 如图 16 中曲线 3 反映 6m 很好， 而曲线 4 即 10—80Hz 的阻抗值就偏小，厚度也偏大。在以上七个砂层的模型中，每个砂层几乎是孤立的，这种情况 当然比较简单，有时 10—30Hz 曲线似乎也反映得不错，但是当砂泥岩互层比较复杂时，频宽 就十分重要了。
公式中累加号是从零加到
图(b)和图(d)完全相同，即反 褶积不改变信噪比谱。 视觉信噪比就是(a)、(c)中S 的面积与N所占的面积之比， 反褶积后视觉信噪比降低了。
视觉分辨率就是(a)、(c)中S
的面积与长方形图框面积之 比，反褶积后视觉分辨率提
高了。
处理时，是否把滤波及反褶积（包括谱白
化）作得很好，完全决定于它是否能够把信噪
计算结果不可靠。
2.视觉分辨率(Visual Resolution)
3 f N , 其数目为 m 个。 4 Ax ( f ) Axo(f)是信号加噪音地震道的归一化振幅谱（令其最大值为 1）即 Axo ( f ) Ax max ( f ) VIRS 1 Axo ( f ) RS ( f ) m
（1）5―135Hz 及 10―160Hz 最好。 （2）10―80Hz 也不错，只要砂层是孤立的，就能分辨开。但对 6m、3m 砂层描绘得过胖而 没有棱角。 （3）10―23Hz 及 10―40Hz 曲线进一步圆滑，没有棱角，正峰宽度几乎相等，厚度也就成一 致的了，同时负峰明显增强，10―23Hz 的曲线连原砂层也似乎变薄了。 （4）40―50Hz 曲线更差，看不到与砂层的关系。 （5）20―66Hz 及 40―160Hz 曲线对原砂层反映很差，40―160Hz 曲线（B=120Hz）按分辨 率定义来说分辨率很高，但由于缺乏低频，反映 10m 以上砂层的能力很差，此曲线对 21m 至 60m 砂层都出现中央波阻抗值下陷。
以上讨论的分辨率还没有与信噪比联系起来，信噪比是分辨率的基础， 分辨率是由信噪比所定义的。不少学者列出了在存在噪音条件下的分辨率公 2 式，如Widess公式： 在有噪声下分辨率：
pa
A ( f )df s
[ As ( f ) 2 AN ( f ) 2 ]df
4.频带上、下限与分辨率的关系
(1)绝对频宽 将带通子波通频带的下限称为f1，上限称为f2，则f2―f1称为绝对频宽B，即绝对频 宽: B= f2―f1 。 它决定了包络的形态，对于零相位子波，包络相同，分辨率相同。 Knapp称为：“频移过程中子波包络的不变性。”例如10—40Hz的子波包络与30— 60Hz的包络相同，但子波振动相位数却不同。 (2)相对频宽 f2与f1相除称为相对频宽R，即 R= f2/f1 或倍频程数：OCT=3.32Log10(f2/f1)。 倍频程相同（即相对频宽相同），波形是相同的，只是波形的胖瘦不同，因此分辨率 不同。 如： 10—40Hz B=30 R=4 胖 20—80Hz B=60 R=4 瘦，分辨率高 Knapp指出，倍频程一样，波形一样时，还是瘦的子波分辨率高，因此分辨率不 能用倍频程来衡量，只能用绝对频宽来衡量。相对频宽决定了子波的振动相位数，如 图14，零相位子波当相对频宽低于1个倍频程时，连续相位迅速增多。 (3)视频率(主频)
及数字处理技术。 第四次飞跃（70年代初）：出现偏移归位成像技术。
第五次飞跃（70年代后期）：出现三维地震勘探技术。
2
80年代里，各种各样的子波处理技术、反褶积技术及千变万化的波动 方程偏移技术逐渐趋于完善，解释方面由于成像技术的提高和三维数据体
资料的极大丰富，大量的解释工作过于繁重，于是出现了解释工作站。
通频带的中心频率 f c 决定了视频率 f p (或称主频)，即 f p f c
1 ( f 2 f1 ) 。 2
主频就是我们眼睛看到的剖面上同相轴的胖瘦程度。因此较宽的频带才能解决分辨率问题。
5．不同频宽子波对不同厚度砂岩层的反映
好的分辨率不能光看绝对频宽是多少，还要看所占的频段在哪里。
地震勘探技术在石油工业中的作用从勘探发展到油藏特征描述，要完 成这个任务，需要多学科的结合，并且要实现五个方面的转变：
（1）二维
（2）叠后 （3）声波 （4）各向同性 （5）单一
三维
叠前 弹性波 各向异性 综合
今后的主要任务首先应是提高地震勘探的分辨率，没有足够的分辨率，
很难在储层研究及油藏描述方面有所作为。高分辨率地震勘探是一个系统 工程，它有很多环节。
高分辨率地震勘探
一、引言 二、分辨率的基本概念 三、分辨率与信噪比的关系 四、地层对高频信号的吸收作用 五、高分辨率采集、处理要求及原则
1
一、引言
地震勘探技术成为勘探的主要物探技术，主要在于它精度高，随着勘探 目标复杂程度的增加（目标变小、隐蔽类型多），要求地震勘探有更高的精
度，这就出现了高分辨率地震勘探。地震勘探的发展道路自始至终贯穿着勘
1.视觉信噪比(Visual signal-to-Noise Ratio)
A ( f )R VISNR A ( f )R
x x
S
(f) (f)
其中：Ax(f)是信号加噪音道，即地震道 x(t)的振幅谱。
N
R s ( f ) 是频域含信比： RS ( f )
AS ( f ) AS ( f ) AN ( f )
第三次飞跃（60年代）：出现反褶积技术及速度滤波技术，出现数字地震仪
通常记录道在中频段（10—60Hz左右）信噪比较高，小于10Hz往往低频 面波占据优势，而高频60—100Hz往往又是由高频干扰成分占统治地位。 有效频宽：S/N大于1的部分 （见图21） 任何反褶积或单道褶积滤波都不会改变每一个频率成分中的信噪比。（ 在褶积过程中，褶积算子对信号与噪声一视同仁） 那么为什么带通滤波可以改进信噪比和视觉分辨率呢？ 带通滤波和反褶积不能改变不能改变每一个频率成分的信噪比例，但却 能改变视觉信噪比和视觉分辨率。
40―50Hz的曲线频带太窄，根本不能反映砂层的存在，而40―160Hz的曲 线虽然绝对频宽很宽，但对模型的反映也很差，因为缺乏低频。 结论：分辨率与频宽成正比这句话虽然不错，但是并不能光看频宽数值愈大 愈好，还要注意不要丢掉低频成分，那种丢掉低频成分的，表面上看来主频 较高的分辨率是假分辨率。
三、分辨率与信噪比的关系
所以 z R =22m
以上公式假定了地震子波是理想的雷克子波。 在上述分辨厚度时，相邻两个雷克子波的过零点互相重合。 最小相位子波和混合相位子波可分辨厚度更差。 Rayleigh 指出： “一个反射波的分辨率的极限是 1/4 波长。 ”
6
3．三种相位特征带通子波的分辨率
（1）子波的分辨率与频宽有关 （2）随着频带加宽，子波的连续振动相位数逐渐减少，并且主峰漫漫变窄，变尖锐，即分辨率逐渐变高。 （3）在相同频带范围的子波中，以零相位子波的分辨率为最高，而实际子波是混合相位的。 （4）在频带窄的时候，最小相位及混合相位子波与零相位的波形差别不大。但是当频宽在一个倍频程以上 时差别就大了。如零相位的 10—80 及 10—160Hz 的子波分辨率相当好，一个正峰十分突出，而最小相位 子波变成正负相间的一个强头部，后面跟着一串振荡波形，而混合相位子波，表现为一个高频的头部和后 面拖着一个低频的长长的尾巴，分辨率就降低了。
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高分辨率系统工程
Shot 激发——小药量，小井深 Sweep 可控震源——变频扫描，单车 Gephone 检波——高频检波器（包括涡流式） Apparatus 接收仪器——扩大瞬时动态范闲，高频提升 Pre-ampli. 前置放大——提高低截频 Array 排列——缩小道距，缩小组合基距 Sample Rate 采样率——提高采样率 Environment 环境——平静的记录环境，避免高频噪音 Survey 测量——实测炮点及检波点的坐标（高程） Pre-processing 预处理——作好静校正 Q-comp. 大地吸收补偿 Deconvolution 反褶积——仪器反褶积（反组合反熠积） ——不能采用单道反褶积 ——两步法统计反褶积（地表一致性反褶积） Vel. Anal. & NMO Rasid. statics 速度分析，动校正，自动剩余静校正 迭代反复，甚至分频处理 P-wave fitting 拟合t0道，求P波剖面，代替水乎叠加 Post-stack sp. Wh 叠后谱白化或预测反褶积，展宽频谱 Refl.coeff.blue effect correction 对反射系数“兰色效应”的校正 Zero-phase Wavelet 子波剩余相位校正——子波零相位化 Impedance Inversion 反演成波阻抗或积分地震道 Interpretation 解释——层位标定、砂层追踪及厚度推算等等
4
二、分辨率的基本概念
1. 严格的分辨率定义
要使两个地震波完全分开，必须两个子波脉冲的包络完全分开，如果两 个子波的包络连在一起，必然互相干涉，两个波的振幅、频率必然含糊不清 。 Knapp认为：垂向分辨率应该用地震子波脉冲的时间延续度来定义。 子波延续长度很长，在常规的两三千米勘探深度上，一个地震子波大概 至少要振两三下，时间延续度长达100—200ms（折合约为150—300m），压
缩成一个振动相位，则也往往要长达50—80ms（折合约为75—120m左右）
。两个波严格地可分辨，子波的包络互相分开。
5
2.不太严格的分辨率定义
1 垂向分辨率（时间分辨率） t R t ： 2.3 f f ：地震子波视频率（主频）
v tR * 厚度分辨率： z R z 2 4 .6 f =30Hz z R ：可分辨厚度 如 V=3000m/s
R N ( f ) 是频域含噪比： R N ( f ) 1 R S ( f )
0 Rs ( f ) 1
求和号 ，含信比比信噪比更合理，因为如果噪声等于零，S/N 可以等于无穷大。
3 是从零频率加到 f N 4
3 1 (fN= 为 Nyquist 频率)，因为 f N 之上振幅极小， 2t 4
ห้องสมุดไป่ตู้
如 40―16 0 Hz的 宽 频 不一定 比 10― 80H z的 宽频好 ， 因为 前者 缺 乏
10―40Hz的低频段（图15~16），会使原砂层在波阻抗反演后形成砂层
中央的阻抗值下陷，即绝对频宽很宽的子波如果缺了低频也不好。
左：从 3m 到 60m 的 7 个砂层模型的反射系数。Δ t=2ms，v=3000m/s。 右边是不同频带的子波与反射系数的褶积结果。第 7 条曲线 40―50Hz 子波频带太窄，连续振 动多，最差。曲线 2、3 频带最宽，为 5―135Hz 及 10―160Hz，它们的反射波形都接近反射 系数曲线。曲线 6、10 为 10―23 及 10―33Hz，频带虽不宽，但定性地可以反映出存在着 7 个 砂层。
6.不同频率有不同用处
在时间域，当子波的主瓣宽度（半周期）和砂层的时间厚度相一致时，褶积后， 输出振幅达到最强，否则振幅要变弱。显然，被增强的砂层厚度大致为 1/4 视波 长。 （图 17-19）
1 v Δ H= v T 4 4f
增强砂层的厚度与加强频率的关系（v=3000m/s） 厚度（m） 75 37.5 25 18.8 12.5 9.4 7.5 6.2 4.7 频率(Hz) 10 20 30 40 60 80 100 120 160 如希望搞清楚厚度为 60m 的砂层，f1 必须达到 10Hz，否则如图 16 中曲线 20—66Hz，不能反 映出 60m 的砂层，但它可以勉强反映 30m 的砂层。又如要正确反映出 6m 的砂层（包括它的 宽度和波阻抗值） 则需要 f2 达到 120Hz， ， 如图 16 中曲线 3 反映 6m 很好， 而曲线 4 即 10—80Hz 的阻抗值就偏小，厚度也偏大。在以上七个砂层的模型中，每个砂层几乎是孤立的，这种情况 当然比较简单，有时 10—30Hz 曲线似乎也反映得不错，但是当砂泥岩互层比较复杂时，频宽 就十分重要了。
公式中累加号是从零加到
图(b)和图(d)完全相同，即反 褶积不改变信噪比谱。 视觉信噪比就是(a)、(c)中S 的面积与N所占的面积之比， 反褶积后视觉信噪比降低了。
视觉分辨率就是(a)、(c)中S
的面积与长方形图框面积之 比，反褶积后视觉分辨率提
高了。
处理时，是否把滤波及反褶积（包括谱白
化）作得很好，完全决定于它是否能够把信噪
计算结果不可靠。
2.视觉分辨率(Visual Resolution)
3 f N , 其数目为 m 个。 4 Ax ( f ) Axo(f)是信号加噪音地震道的归一化振幅谱（令其最大值为 1）即 Axo ( f ) Ax max ( f ) VIRS 1 Axo ( f ) RS ( f ) m
（1）5―135Hz 及 10―160Hz 最好。 （2）10―80Hz 也不错，只要砂层是孤立的，就能分辨开。但对 6m、3m 砂层描绘得过胖而 没有棱角。 （3）10―23Hz 及 10―40Hz 曲线进一步圆滑，没有棱角，正峰宽度几乎相等，厚度也就成一 致的了，同时负峰明显增强，10―23Hz 的曲线连原砂层也似乎变薄了。 （4）40―50Hz 曲线更差，看不到与砂层的关系。 （5）20―66Hz 及 40―160Hz 曲线对原砂层反映很差，40―160Hz 曲线（B=120Hz）按分辨 率定义来说分辨率很高，但由于缺乏低频，反映 10m 以上砂层的能力很差，此曲线对 21m 至 60m 砂层都出现中央波阻抗值下陷。
以上讨论的分辨率还没有与信噪比联系起来，信噪比是分辨率的基础， 分辨率是由信噪比所定义的。不少学者列出了在存在噪音条件下的分辨率公 2 式，如Widess公式： 在有噪声下分辨率：
pa
A ( f )df s
[ As ( f ) 2 AN ( f ) 2 ]df
4.频带上、下限与分辨率的关系
(1)绝对频宽 将带通子波通频带的下限称为f1，上限称为f2，则f2―f1称为绝对频宽B，即绝对频 宽: B= f2―f1 。 它决定了包络的形态，对于零相位子波，包络相同，分辨率相同。 Knapp称为：“频移过程中子波包络的不变性。”例如10—40Hz的子波包络与30— 60Hz的包络相同，但子波振动相位数却不同。 (2)相对频宽 f2与f1相除称为相对频宽R，即 R= f2/f1 或倍频程数：OCT=3.32Log10(f2/f1)。 倍频程相同（即相对频宽相同），波形是相同的，只是波形的胖瘦不同，因此分辨率 不同。 如： 10—40Hz B=30 R=4 胖 20—80Hz B=60 R=4 瘦，分辨率高 Knapp指出，倍频程一样，波形一样时，还是瘦的子波分辨率高，因此分辨率不 能用倍频程来衡量，只能用绝对频宽来衡量。相对频宽决定了子波的振动相位数，如 图14，零相位子波当相对频宽低于1个倍频程时，连续相位迅速增多。 (3)视频率(主频)
及数字处理技术。 第四次飞跃（70年代初）：出现偏移归位成像技术。
第五次飞跃（70年代后期）：出现三维地震勘探技术。
2
80年代里，各种各样的子波处理技术、反褶积技术及千变万化的波动 方程偏移技术逐渐趋于完善，解释方面由于成像技术的提高和三维数据体
资料的极大丰富，大量的解释工作过于繁重，于是出现了解释工作站。
通频带的中心频率 f c 决定了视频率 f p (或称主频)，即 f p f c
1 ( f 2 f1 ) 。 2
主频就是我们眼睛看到的剖面上同相轴的胖瘦程度。因此较宽的频带才能解决分辨率问题。
5．不同频宽子波对不同厚度砂岩层的反映
好的分辨率不能光看绝对频宽是多少，还要看所占的频段在哪里。
地震勘探技术在石油工业中的作用从勘探发展到油藏特征描述，要完 成这个任务，需要多学科的结合，并且要实现五个方面的转变：
（1）二维
（2）叠后 （3）声波 （4）各向同性 （5）单一
三维
叠前 弹性波 各向异性 综合
今后的主要任务首先应是提高地震勘探的分辨率，没有足够的分辨率，
很难在储层研究及油藏描述方面有所作为。高分辨率地震勘探是一个系统 工程，它有很多环节。
高分辨率地震勘探
一、引言 二、分辨率的基本概念 三、分辨率与信噪比的关系 四、地层对高频信号的吸收作用 五、高分辨率采集、处理要求及原则
1
一、引言
地震勘探技术成为勘探的主要物探技术，主要在于它精度高，随着勘探 目标复杂程度的增加（目标变小、隐蔽类型多），要求地震勘探有更高的精
度，这就出现了高分辨率地震勘探。地震勘探的发展道路自始至终贯穿着勘
1.视觉信噪比(Visual signal-to-Noise Ratio)
A ( f )R VISNR A ( f )R
x x
S
(f) (f)
其中：Ax(f)是信号加噪音道，即地震道 x(t)的振幅谱。
N
R s ( f ) 是频域含信比： RS ( f )
AS ( f ) AS ( f ) AN ( f )