地震数据处理预处理及真振幅恢复

of frequency estimates ⑧ Estimated trace energy decay rate（能量衰减率）, in db.
如：TRC_AMPL: 0 - 6e27 AMPDECAY: -190 - +80 db/sec FRQ_PEAK: 26 - 125 Hz
第一节 预处理
Q f v
v f
由品质因子表示的衰减因子为：
Dd er
et
tf
e Q
可见在非完全弹性介质中，地震波的高频成分比低频成 分衰减得要快。
2、层状介质的吸收
设地下有n层水平层状介质，第i层的品质因子为Qi，速 度Vi，传播时间ti。则地震波通过第i层时，该层的吸收 因子为：
D eti
f
Qi
ai
V
V
ΔS： x60m
10m
20m
480
L： 40m dy:60m
960
20m
Sy：40m
10m
Basemap
第二节 真振幅恢复
包括：波前扩散能量补偿， 地层吸收能量补偿， 地表一致性能量调整。
地震记录的振幅不仅与反射界面的反射系数有关，还与地震波 的激发、传播和接收等因素有关。 激发条件：井深、药量、药包形状、岩性、藕合关系等。
假设地下有n层，hi、vi为第i层的厚度 和速度。由S 发出的地震波SP在第n层 底面反射后，到达接收点G，入射角θs， 反射波出射角θr，炮检距x。与SP相邻 取一射线SP’，入射角增量δθs，炮检距 增量δx。
若用Ai表示入射波在震源附近半径为r 的球面上的振幅，Ar为接收点G处波前 面上的振幅，Si为入射线SP和SP’绕通 过震源的铅直线旋转、距离震源半径r 的球面上的环形面积，Sr为反射线绕 通过震源的铅直线旋转、在反射波波 前所夹的环形面积。由于通过Si的能量 将全部流过Sr（不考虑其他能量损失），地 震波振幅与其能量所流过面积的平方 根成反比，得到：
接收条件：根据干扰波特性（频率、波长、传播方向、强度） 设计不同的接收参数（检波器类型、数量、串并连方式、组合 图形）。
波前扩散、地层吸收、散射、透射损失、微曲多次波、入射角 的变化、波的干涉和噪声。
一、波前扩散能量补偿
目的：尽可能对地震波能量的衰减和畸变进行补偿和校正
激发地震波，总能量是一定的，波前面随传播 距离r增加，不断扩张，单位面积的能量密度不 断减少；地震波振幅随r增大，不断减小，称为 波前扩散。
signal amplitude ⑥ Dominant frequency（主频） based on a count of zero crossings
within a signal window ⑦ Frequency deviation（频率偏差） based on statistical scatter（离散 ）
道头(4字节/字,共60字）:
第一节 预处理
二、道编辑（Trace Editing） 去废炮、废道、极性反转、异常值剔除
•可以在定义观测系统之后，利用统计方法进行道编辑。
•在ProMax中可用如下方法进行道编辑： •Trace Kill Using Trace Statistics（道统计/道估计） •Trace Kill Percentages Using Ensemble Statistics（道集统计）
不合格记录
合格记录
同一个点不同井深的两炮记录
记录上存在的干扰波
环境 噪声
折射波
面波
声波
50Hz
机械 振动
•Trace Kill Using Trace Statistics
Trace Statistics calculates up to eight different statistics within a specified window on each input trace.
Ar Si Ai Sr
由图2-5知： Si2 r2ssins Sr2 xxcosr
因此，得到： Ar Si r2sinss Ai Sr xcosrx
如果震源和接收点都在第一层介质中，由于各层都是水平 的，则θs=θr=θ1，取r=1单位距离，得到
Ar tan
Dd
Ai
11
x x
D d为从震源到达炮检距x的接收点的反射波、由波前扩散 形成的振幅衰减因子。
1、均匀介质的波前扩散 在均匀介质中，波前面是以震源为中心的球面。
能量密度： e E E （1）
4r2 4v2t2
式中，E为总能量；r为球面半径，即传播距离； v为传播速度；t传播时间。
设单位距离r=1处的波前能量密度为：
E
e0 4
（2）
则两式之比为：
e1 1 e0 r2 (vt)2
任意时刻t的波前面能量密度，相对单位距离处 能量密度而言，与距离平方成反比。
SPS文件中的部分数据：
R file
埋深 Li n e
静校正量
Li n e
Line 线号
Lin e
接收点桩号
L i n e 检波器
Line X坐标
Line 高程
S file
L可控震源 i n e
Line 炮线号
Lin e
炮点桩号
Line X、Y坐标
X file
FFID 磁带号
炮线号
炮点桩号
接收线号
1 i 0 ；p 则 0 ,c： o i s1
即零炮检距的层状介质波前扩散因子：
Dd
v1
n
v1
n
2hivi tivi2
i1
i1
将均方根速度
n
t
i
v
2 i
v i1
rms
n
ti
Leabharlann Baidu
i1
代入上式，得
v
Dd
1
v2 t
rms
式中 t—垂直入射的反射波旅行时； v1—第一层介质的速度； vrms—旅行时t的均方根速度。
第二节 真振幅恢复
二、地层吸收能量补偿
岩层并非完全弹性，地震波传播时，部分弹性能量转化为 热能被消耗，使地震波振幅产生衰减，此现象称为吸收。
1、均匀介质的吸收
地震波振幅随r增大，呈指数衰减。
AAer 0
式中
A 0 —初始振幅；
—介质吸收系数；
r —传播距离。
由岩层吸收引起的振幅衰减因子为：
Dd
由于地震波振幅与能量密度的平方根成正比，因 而得任意t时刻的地震波振幅A与离开震源单位距 离处的振幅A0之比Dd为：
Dd
A A0
1 1 r vt
均匀介质中波前扩散引起的振幅衰减因子称为波 前扩散因子。
波前扩散补偿：
A A Dd
2、层状介质的波前扩散
波前面不是球面；衰减规律与均匀介质衰减规律不同。
第二章 预处理及真振幅恢复
第一节 预处理 一、数据解编 二、道编辑 三、野外观测系统定义
第二节 真振幅恢复 一、波前扩散能量补偿 二、地层吸收能量补偿
第一节 预处理
一、数据解编 （1）野外数据格式：
① SEG-D ② 时序 （2）解编：将时序变为道序
（3）解编后数据格式：SEG—Y 地震资料数字处理输入/输出均为SEG-Y
为：
t[fjH(f)]
D-1(f,t)eQ
利用付里叶变换可得时域地层吸收补偿因子为：
h(t,
) e e df
tG(f)
Q
j2f
设补偿前数据为x(t)，补偿后为y(t)，即
y(t)x(t)*h(t,)
第三节 振幅平衡
浅层能量、深层能量弱，给显示带来困难，动平衡就 是为解决这类问题而提出的。
一、道内动平衡
起止道号
起止桩号
炮线 13326 共中心线 13327
总覆盖次数80： 6 单线覆盖次数：80
13328
1 23
V
V
240
241
共中心线 13329
炮线 13330
V
V
共中心线 13331
481
13332
720
721
道距2：0m 共中心线 13333
炮线 13334
dx： 10m CM 面P元d尺 xd y 寸 1m 0 ： 6m 0
设有M道记录，其总平均振幅为：
A 1
M
N
|a |
M.N i,j i1 j1
道间均衡处理：
每道的平均振幅为：
ai,j ai,j •wi
Ai
1 N
N
|
j1
ai, j
|
第i道的权系数为：
A wi A
i
三、自动增益控制（AGC）
实现方法较多，其方法之一：给定一个时窗长度，计算时 窗内振幅绝对平均值或中值或均方根振幅，用该值的倒数作 为窗头或窗中或窗尾的权系数对振幅进行比例，逐点滑动时 窗，计算上述值（窗尾增加一个值，窗头减去一个值），作 为权系数，对振幅进行调整，便可实现自动增益控制。
三、野外观测系统定义—最基础、最重要的工作。
将炮点坐标（x,y,z）、井深、检波点坐标（x,y,z）、 埋深、Inline，cross-line、等信息写入道头，以便 抽取各种道集（共炮点、共接收点、共中心点、共 偏移距）
要用到的资料：采集班报、测量资料、低速带资料、 观测系统、静校正数据、SPS文件等资料。
考虑速度是随深度变化的函数v(z)，对任意一条射线，其反 射波出射点到炮点的距离为：
x20z
pv(z) 1dz
[1p2v2(z)]2
P为射线参数
sin
p 1 v
1
对以上两式分别求导，可得到:
dx z v(z)
dp
2
0
[1
p
2v
2
(
3
z)] 2
dz
dp cos1 d1 v1
由上述2式得到：
d1 v1
1
dx 2cos1 0z[1pv2v(z2)(z)]32dz
波前扩散因子为：
1
Dd v21xtcao2ns11
z v(z) 0[1p2v2(z)]32
12
dz
水平层状介质情况下的波前扩散因子为：
1
Dd
tan2
1
2x
in1 hci soi3snii
12
当地震波沿垂直界面方向入射时，
SEG_Y 格式：
40行说名信息
(80字符/行,共3200 字节)
卷头信息
(共400字节)
第一道的道头 信息(共240字节)
第一道的地震 数据
(常为IBM浮点格式)
第二道的道头 信息(共240字节)
第二道的地震 数据
(常为IBM浮点格式)
…… END Of File
(EOF)
卷头(4字节/字,共100字） :
Aer A0
et
式中 t—地震波传播 r 距离的旅行时； β—介质的衰减系数。
v
实际处理中常用品质因子Q来描述地震波的衰减，其意义是地 震波传播一个波长λ，原能量E与所耗能量ΔE之比，即
Q 2 E E2A 0 2 A -0 2 A 221-e 1-2
将上式展开，舍去高次项，得品质因子与吸收系数的关系为
① Average trace energy ② Average first break （初至波）energy ③ Average pre-first break （前初至）energy ④ Average pre-first break frequency ⑤ Spikiness（脉冲）: the ratio of maximum magnitude sample to trace
A(
f
)
ti
e
f
Q
若把低通滤波器看成是最小相位系统，对振幅谱作 Hilbert变换，可得到相位谱为：
(f)H （ ln A (f) )-ftH (f)
Q
于是低通滤波器的频谱 D( f ,t) 为：
D (f,t)A (f)ej(f)e Q t[fjH (f)]
此式表明吸收衰减与频率f、时间t和品质因子Q有关。 地层吸收补偿应为地层吸收的反过程，故补偿因子
四、Envelope Scaling （包络标度、包络换算、包络比例）
Methodology（方法）
For each trace in the input data, the program: • computes the amplitude envelope (reflection strength) • applies a low-pass filter to remove high-frequencies from the envelope • divides each amplitude value on the original trace by the corresponding value on the filtered envelope.
当地震波相继通过 n 层时，整个地层的吸收因子为：
DaD e n ai
f n ti i1Qi
i1
引入等效的品质因子
n
ti
Qeff
i 1
n ti
i1 Qi
则上式写成如下形式：
ft
Da e Qeff
3、地层吸收补偿
地层吸收对振幅的影响与频率有关，频率越高， 振幅衰减越严重。
地层吸收不仅衰减振幅，而且对地震波产生低 通滤波，其振幅谱为：
设待平衡记录道长度为N个样点，将其分为K个时 窗，每时窗为2M+1个样点，则每时窗的平均振幅为：
1M
Aj2M1mM |ajm|
权系数： w
j
1 Aj
均衡处理： aj aj •wj
二、道间均衡
地震记录上反射能量随炮检距增大而衰减，也可能因 激发及接收条件的差异，使道与道之间的能量不均衡。 在共中心点叠加时，因能量不均衡会影响叠加效果，故 而进行道间均衡。