三维地震资料解读

第一章概述（原理及方法）
第二章三维地震勘探数据采集
第三章三维地震勘探数据处理
第四章三维地震勘探资料解释
物探知识回顾
1、应用地球物理、勘察地球物理、地球物理勘探简称物探
2、地球物理学：研究地球内外，包含地核、地幔、地壳以及水圈、大气圈及其空间的物理场和物
理现象，如地磁、重力、地震、放射性、地电、地球热学、气象等。

广义地球物理学：大气圈地球物理学、水圈地球物理学、固体地球物理学又称狭义地球物理学3、物探含义：
用物理方法来勘探地壳上层岩石的构造与寻找有用矿产的一门学科。

它是根据地下岩层在物理性质上（密度、磁性、电性、弹性、放射性等）的差异，通过物理学原理，借用一定的装置和专门的物探仪器测量因岩石物理性质的差异引起的物理场（如电场、重力场、磁场）变化规律及分布状况，通过分析和研究物理场的变化规律，结合有关地质资料推断出地下一定深度范围内地质体的分布规律，为地质勘探、工程勘察、环境调查及地下资源分布规律的研究提供依据。

地球物理勘探是物理学、数学、现代计算机科学和地学结合的边缘科学和最有活力的生长点。

它不同于传统的找矿方式，即通过古生物、岩石矿物性质等确定矿藏。

4、几种重要物探方法
重力勘探
重力勘探是以地壳中岩矿石等介质密度差异为基础，通过观测与研究天然重力场的变化规律以查明地质构造、寻找矿产、解决工程环境问题的一种物探方法。

它主要用于探查含油气远景区的地质构造、研究深部构造和区域地质构造，与其他物探方法配合，也可以寻找金属矿，近年来重力勘探在城市工程、环境方面也有应用。

磁法勘探
磁法勘探是以地壳中岩矿石等介质磁性差异为基础，通过观测与研究天然磁场及人工磁场的变化规律以查明地质构造、寻找矿产的一种物探方法。

它主要用于各种比例尺的地质填图、研究区域地质构造、寻找磁铁矿、勘查含油气构造、预测成矿远景区以及寻找含磁性矿物的各种金属非金属矿床，近年来磁法勘探在城市工程、环境方面主要用于开发区、核电站、大坝选址，寻找沉船、炸弹等金属遗弃物与地下管道，考古等方面。

地热勘探和放射性勘探
电法勘探
电法勘探是以研究地壳中各种岩石，矿石的电学性质差异为基础，利用电场或磁场（人工或天然）在空间和时间上的分布规律，来解决地质构造或寻找有用矿产的一类物理勘探方法。

主要用于水文地质、工程地质、煤矿地质和金属矿产的勘查等方面。

水文地质中主要研究含水储水构造及其空间分布形态，划分咸水、淡水界线；工程地质中主要用于研究建筑基础的地质情况，基岩埋深和起伏情况，断裂构造岩溶发育情况等；煤矿地质主要用于研究陷落柱、断层构造、煤层顶、底板含水情况，隔水层厚度、裂隙发育情况等。

地震勘探
地震勘探是以研究地壳中各种岩石，矿石的弹性差异为基础，岩石弹性差异引起弹性波场的变化，表现为弹性异常，即速度不同，根据其异常值的大小及变化规律反演地下介质地质构造情况。

常用于石油、煤田勘探和水文地质、工程地质勘查。

地震勘探是通过观测和研究人工激发的地震波在介质中的传播规律，以达到勘探地下岩层的构造形态和岩土力学性质。

地震又称为地动，分为天然地震和人工地震，两种地震主要区别在于震源不同。

天然地震
由地球内部的构造力、火山活动、塌陷引起的地震。

利用天然地震了解地球内部（地壳、地幔等情况），进行地球的分层等。

人工地震
人工地震是人工作用产生的地震，人们通过炸药爆炸、敲击振动，引起地动，产生地震波用仪器测量这些地震波（速度、到达的时间等），目的是了解地下介质的分层情况、界面的埋藏深度，构造分布情况等。

5、物探方法特点
（1）物探是一种间接的勘探方法
用钻机或其他机械手段从地下取出岩样来认识地质构造是直接的勘探方法。

物探无须从地下取出岩样，而是通过使用专门的仪器设备在地面观察由地下介质引起的某种物理场的分布状态，收集和记录某些物理信息随空间或时间场的变化，并对这些信息的分布特征作出解释和推断，从而揭示地球内部介质物理状态的空间变化和分布规律，来了解矿产资源分布和赋存状态，查明地质构造；在工程勘察和检测方面属于无损检测，对检测对象不会造成破坏。

（2）物探工作具有效率高、成本低的特点
（3）物探工作相对而言能从整体上了解隐伏的勘探目标体的全貌，避免钻孔勘探‘一孔之见’的弱点，即透视性高
物探工作能够提供勘探区域内二维、三维的地下岩溶分布状态，克服钻孔‘一孔之见’的局限性。

跨孔声波、电磁波透视法能了解两孔之间岩体的完整性，能从整体上评价岩体的完整性与基础的稳定性.
（4）物探工作自身局限性，方法应用具有条件性
由各种物探方法的工作原理可知，物探工作能否有效的解决地质问题，首先决定于探测对象与围岩之间是否存在物理性质上的差异及使物理场分布状态及强度发生足够的变化的体积。

物探方法的有效应用首先要求探测目标与围岩之间存在可被利用的物性差异以及目标体要有足够大的体积；其次，物探效果还受地形条件的影响、勘探场地的局限、地表覆盖层的性质及厚度、勘探现场噪声与地质环境中一些干扰体的影响。

（5）物探资料的反演解释具有多解性，其解释结果具有一定的概略性和近似性多解性：同一物理现象可以由多种不同因素引起。

例如，电法勘探中，视电阻率的变化可以由被测目标体电阻率值变化引起，也可以由其体积变化或埋藏深度变化引起；其他物探资料异常的反演解释也是如此。

因此物探资料具有多解性。

克服资料解释多解性必须将其与钻井资料或地质资料相结合进行推断解释，必须掌握一定的地层岩矿石的物性参数。

近似性和概略性：
影响物探解释精度的主要原因：
a物探仪器本身观测精度有一定的限度，其观测数据必然带一定的误差
c受观测系统的影响和限制，观测数据的空间有限
b环境因素的干扰影响使观测数据不准确
d实际地质条件的复杂性以及地质体的物理性质和形状、产状要素的多变性的影响
e正演和反演的数学物理方法的水平有限
（6）物探工作的特点
优点：透视性高、效率高、成本低缺点：条件性、多解性
（7）物探工作的地位
在我们国家的铁路、公路、水利水电、工程建设，煤矿床勘查、石油天然气勘察等各个领域
具有重要的地位，但由于其本身的特点，又加上地质体及构造是复杂多样的，因此物探工作并不能取代其他的地质工作，而必须采用多种勘察手段并举，综合利用与分析。

（8）物探工作的作用
物探工作在煤田、油气田中的作用
a.确定煤田、油气田的赋存范围
b.研究煤田采空区位置、范围
c.确定煤层深度、层位、厚度、结构
d.探测查明工作面前方构造
e.预测顶板冒落、瓦斯突出、突水，提高采掘率
f.研究背斜、向斜、断层、褶皱、不整合、退覆、超覆、尖灭等
g.地质构造情况
h.编制油气储层、盖层条件评价图，预测生油能力、生油质量评价
i.确定油气层深度、厚度、构造和层位等
j.对构造、地层岩性进行综合研究
地震勘探实例
1、一次完整的地震勘探包括：原始数据采集、地震数据处理、地震资料解释
2、地震勘探仪器地震仪器是获得数据的工具，包括震源、地震仪和地震车，地震仪包括检波器、
放大器和记录器。

3、三维地震仪
建立在微型计算机上的网络通讯和控制技术。

实时显示野外采集的数据，并存储在硬盘、光盘及外置磁带机中。

采集站采用24位模数转换器和无址连接技术，动态范围大，使用方便，功耗低特点。

采集站防水，体积小，重量轻，野外操作简单，可利用计算机资源丰富。

系统兼顾工程地震勘探和石油地震勘探特点。

4、数据采集
首先测量，确定勘探范围；收集区域地质资料；设计观测系统，布置测线；采集原始数据即地震记录的获取
简单连续观测系统——综合平面图、连续观测系统
间隔排列连续观测系统——
相遇时距曲线观测系统
5、室内资料处理
目的：得到与地质剖面在形态上有一定对应关系的时间剖面；消除噪音；提取速度、岩性等参数；最终得到一种时间剖面。

动校正：动校正是数据处理基本步骤，即将各道记录的反射波旅行时逐点减去因炮检距不为零引起的时间差。

校正结果使同相轴形态和地下界面形态相同。

共反射点叠加消除干扰波，多次波，增强有效波。

当界面倾斜时，不存在共反射点，必须引入“偏移叠加”技术，三维地震勘探特点之一。

地震时间剖面
地震时间剖面（变面积显示）
地震时间剖面（彩色显示）
6、室内资料解释
目的：得到地质剖面图——平面构造图（等T0图或者等深度构造图）；提供勘查目的所要求的含油气、煤层走向、断层或盆地、褶皱等地质构造的具体位置与深度等资料，
即最终成果；由地质院或者物探公司地质解释人员完成解释步骤：1、地震资料初
步整理和评价2、进行波的对比3、绘制平面图4、速度参数的研究5、进行地震剖
面的地质解释6、作出勘查目标评价a对时间剖面进行分类，优良、合格、废品三
级b信噪比高目的层全，地质现象清楚为优良；可用于作解释的剖面为合格c分析
研究时间剖面上反射同相轴特征，识别追踪同一界面反射波
d 绘制深度剖面图、构造图和等厚度图
e 求取速度参数，进行时深转换
f 根据地质剖面或者时间剖面的对比，推断解释地质层位和地质构造 根据地震资料解释成果，综合地质资料，写出地震勘探成果报告。

第一章 概 述
1、三维地震勘探发展的背景
2、地震勘探的必要性
3、三维三维地震勘探的优点
三维数据采集不存在二维数据采集时来自非射线平面内的侧面反射波。

三维采集的数据按三维空间成像处理，可以真实地确定反射界面的空间位置。

三维观测可以避开地形、地物的障碍，对地表条件适应性很强。

三维观测可对原始数据有更大的保真度，相位数据更齐全，便于研究地层的岩性。

三维地震勘探资料的完整统一性及显示技术的现代化，更便于人工联机解释。

4、三维地震勘探定义
三维地震勘探又称面积勘探，是在地面上同时布置规则或非规则多条测线和多个激发点。

共反射面元—— “共反射点”
面积测量和折曲测线观测系统的三维多次覆盖技术不能严格遵守共反射点叠加的定义，实际的共反射点道集随着测线的改变或测线弯曲会有一定的离散，围绕着理论共反射点位置的这些实际的地下共反射点道集，称为“共反射面元”。

三维地震勘探与二维勘探共反射点示意图：
5、三维地震勘探原理 常用反射波法实现
a 波动理论 惠更斯－菲涅尔原理、绕射波(反射波)时距方程
b 射线理论 几何地震学－研究地震波的运动学特征，研究波在介质中传播的空间位置与传播
时间的几何关系。

包括：惠更斯原理、费马原理
惠更斯原理：介质中波阵面（波前）上的各点，都可以看作为发射子波的波源，其后某时刻
这些子波的包迹便是新的波阵面。

解释波的衍射(绕射)现象
c 波阻抗分界面上的反射与折射
波阻抗－ 介质密度与波在介质中传播速度的乘积。

入射角、反射角、折射角遵循斯奈尔定律 反射角和透射角的大小取决于反射波速度与透射波速度。

产生折射波条件 下层介质速度大于上层介质速度
在弹性分界面上波的反射和透射 11v ρ≠p2v2地震波才会发生反射 反射定律 反射线位于入射面内，反射角等于入射角
入射面：入射线和法线NP 所确定的平面垂直分界面叫入射面 透射定律
2
2
112121sin sin sin sin θθθθv
v v v =⇒=
斯奈尔（Snell ）定律：
在一个分界面上产生的入射、反射和透射波都具有相同的射线参量。

p v v v ===2
2
111sin 'sin sin θθθ➢弹性分界面上波的转换
一个纵波入射到反射面时，即产生反射纵波和反射横波，也产生透射纵波和透射横波。

与入射波类型相同的反射波或透射波称为同类波。

改变了类型的反射波或透射波称为转换波。

横波中Sv 波亦然，S H 横波仅产生同类波。

入射角不大，转换波很小，垂直入射不产生转换波。

第二介质是液体时不产生横波。

sin v v =
θθθ≥➢折射波的形成
当出现全反射时的入射角称为临界角。

全反射折射波
当入射角大于等于临界角时，发生全
反射，产生滑行波，没有透射波，由于两种介质互相密接，滑行波在传播过程中影响第一种介质，并在第一种介质中激发新的波，这种由滑行波引起的波，在地震勘探中叫“折射波”。

2
1sin v v c =
θ 第一章概述
波动理论
绕射波时距方程
二维地震绕射波时距曲线：双曲线
三维地震勘探绕射波时距曲面：旋转双曲面
2
20202
02
02
0)()(1z y y x x z y x v
t +-+-+++=
])([1
22221
h L x h L v t +-++=
第一章概述
层状介质中反射波时距关系[]
2
222
2),(1H y x z y x v
t -++=
均匀介质虚震源位置：
（0、0、2H ）
震源位置（x 1，y 1，z 1），检波点位置（x 2，y 2，z 2）
震源面及检波器接收面：
z ＝z 1（x 1，y 1），z ＝z 2（x 2,y 2）221212212)2()()(1
H z z y y x x v
t -++-+-=
2
2211212212]2),(),([)()(1H y x z y x z y y x x v
t -++-+-=
第一章概述
水平层状介质：
震源S 与接收点G 之间距离为s ，则第n 层反射波的时距关系式为：
∑
=-∆=N
k k k k P
v P t v P s 1
2
122)(∑
=-∆=N
k k k P
v t P t 1
2
12)(
6、 三维地震勘探特点
“三高一准确”： 1、高分辨率2、高信噪比3、高保真度4、反射波归位准确 面积测量： 第一章概述
❖三维地震勘探特点面积测量：
第
N 束
第N+1束
偏移归位
二维地震勘探偏移：沿着测线视倾角方向 三维地震勘探偏移：在空间上偏移
❖三维地震勘探偏移归位可以消除剖面中绕射波的痕迹三维波动方程：
2222222221t
u
v z u y u x u ∂∂=∂∂+∂∂+∂∂二维波动方程：
22222221t
u
v z u x u ∂∂=∂∂+∂∂由数学知识可知，对于二维地震勘探观测不能满足
二阶偏倒数在平面上处处为0的要求。

第一章
概述
❖三维地震勘探特点
资料处理：
DMO 叠加
地表一致性真振幅恢复
原始资料收集、解编
观测系统定义
置道头
带通滤波
观测系统质量检查
道编辑
动校正
去噪
道内插
初至波折射静校正
速度分析
地表一致性反褶积
三维一步法偏移
剩余静校正
三维数据体
三维数据体
折射静校正前单炮记录、折射静校正后单炮记录、剩余静校正前时间剖面、剩余静校正后时间剖面 DMO 叠加前时间剖面、DMO 叠加后时间剖面、去噪前时间剖面、去噪后时间剖面、偏移时间剖 资料解释流程图
第二章 采区三维地震勘探数据采集
1 三维地震勘探的野外采前试验 §
2 三维地震勘探野外观测系统
§3 三维地震勘探采集参数的几个问题 §4 采集参数的选择
§5 野外采集时的质量监控
1 三维地震勘探的野外采前试验
采前实验包括：接收因素（仪器因素和检波器组合试验）、激发因素（激发井深和药量试验）、速
度调查、低降速带调查 接收因素
a 仪器因素 数据采集要根据不同的仪器进行参数试验，选择一定的截频档有利于记录较宽频
带的有效信号，根据不同的采区信噪比确定合适的频带。

b 检波器埋置和组合试验 检波器埋置情况主要考虑地面和挖坑埋置两种情况。

埋置检波器尽量使同一组检波器或者同一排列检波器埋置条件一致，表层条件（特别是岩层） 变化剧烈时，应将检波器埋置在相对单一的地方。

检波器埋置做到插直、插实、插正。

组合法是利用干扰波和有效波在传播方向上的差别提出的压制干扰方法，包括检波器组合、野外震源组合和室内混波三种。

检波器组合试验包括检波器的主频、检波器个数、组合方式、组内距及埋置情况等，以获得最佳效果的单炮记录为依据。

震源组合突出有效波，压制干扰波，减少炸药对周围岩石的破坏性，使更多的能量转换为弹性波。

类型：常用检波器组合有二并二串、矩形组合、菱形、三臂风车型组合、放射性组合等。

目的：在进入地震记录系统前使野外条件下产生的规则干扰和不规则干扰受到压制和衰减。

要求：因为在三维地震勘探中，各地震道对炮点所处的位置不同、方位不同，由激发产生的规则干扰波到各道的方位不同，这就要求各个地震接收道上的组合检波在各个方位上都有
相同的方向特性和滤波特性。

检波器组合参数选择步骤：1、干扰波调查（要了解干扰波类型、视速度、主周期等）2、理论分析和计算（根据干扰波类型计算组合方向特性，选择有效被落在通过带，规则干扰波落在压制带）3、正常时差和倾角时差对组合影响（可根据上倾下倾方向估算，组合要在上倾方向接收效果好些。

）
激发因素
•激发井深
为了提高探测精度，必须设法突出地震反射波频谱中的高频成分，为了获得较高的激发频率和能量，尽量选择含有粘土的地表介质激发或者在潜水面下激发，记录频谱分析，要尽量避开疏松干燥的厚层砂砾石层或淤泥层。

•激发药量
根据高分辨率地震勘探经验，药量太小有效波能量低、原始记录信噪比低；药量太大，降低了纵向分辨率。

根据频谱分析选择合适的药量。

速度调查
地震波速度是地震勘探中一个重要的参数，地震数据处理和地震资料解释的精确度主要取决于速度参数的准确性。

为了更好进行速度分析，在测区内应进行多个点的速度测试，每个速度点采用互相垂直的长排列形式和地震测井。

地震测井得到平均速度，用于时深转换。

低、降速带
在地表附近一定深度范围内，地震波传播速度往往要比下面地层地震波速度低很多，这个深度范围内的地层称为低速带。

某些地区，低速带和高速层之间，还有一层速度偏低的过渡期，称为降速带。

低、降速带存在的影响
低速带的存在对地震波能量有强烈的吸收作用和产生散射及噪音，并会使反射波旅行时显著增加，导致反射波时距曲线形状畸变。

在低速带底部有明显的速度突变，使地震射线剧烈弯曲，使反射波通过低速带后都变成近于垂直出射到地面。

低速带参数是地震勘探施工确定激发因素，进行静校正的关键数据，所以，在地震勘探数据采集之前，首先要做低速带调查工作。

低速带调查可以摸清测区潜水位及浅层岩性的变化，为选取试验点和试验参数打下基础，低速带调查通常有两种方法，即微测井法和小折射波法（相遇法）。

浅层折射不均匀排列示意图
低、降速带测定时
相遇时距曲线
微测井时距曲线
低速层速度计算：
从直达波时距曲线可以求出第一层（低速带）的速度V1 从折射波时距曲线可以求出第二层（高速带）的速度V2 将折射波时距曲线延长与t 轴相交，可得到交叉时ti
低速层厚度计算公式：)
(122
22
11
101v v v t h -=
如果有降速带，折射波时距曲线折射线段增多，计算公式：
2322
12211022)
/(1))/(12(21v v v v v v h t h ---=
地震观测多沿规则布置的测线或面进行。

测线通常垂直于地层的走向或构造线的方向。

然后逐
炮沿测线、沿测线逐“段”多点同时观测。

同炮点布置检波器同时观测的测线“段”，叫排列。

炮点距最近检波器的距离叫“偏移距” 。

两个检波器之间距离叫“道间距”。

炮点到检波点之间的距离叫“炮检距”。

§2 三维地震勘探野外观测系统
观测系统为了了解地下各界面的情况，必须连续追踪相应的地震波，这样，要求每一次的炮点与
检波点必须保持一定的关系。

测线上激发点和接收点的相对位置关系叫做观测系统。

观测系统可分为2D （线）、3D （面积）两种。

设计观测系统时，应根据地质任务要求，综合考虑地形、地物、交通条件以及装备等各种因素，选择最优化参数来合理设计观测系统。

2D简单连续观测系统和图示
多次覆盖或叠加原理图
三维地震采集观测系统主要可分为两大类：面积观测系统和线性观测系统．
面积观测系统(Areageometry)：接收点以网格形式全区密集采样分布，炮点以较稀疏网格分布或以相反的方式分布。

这是完全满足3D对称采样的观测系统(3DsymmetricsamplingVermeer)．由于昂贵的花费，面积观测系统在实际工作中无法实现。

线性观测系统(Linegeometry)：接收点以一定采样间隔以一条或多条平行线的方式分布，激发点沿炮线分布的观测系统．
设计观测系统的基本原则
1、在一个炮点道集内均匀分布的地震勘探道，炮检距从小到大应当是均匀分布的，这样能够保证
同时接收浅、中、深各个目的层位的信息，使观测系统既能取得各自的目的层的有用反射波信息，又能够用来进行速度分析；
2、在一个CDP道集内各炮检距连线应尽量较均匀地分布在共中心点360°的方位上。

这样能使一
个面元（共反射点）上的地震道是从四面八方入射到这个面元上的使共面元（共中心点叠加）具有真实显示三维反射波的特点；
3、勘探区内地下数据点覆盖次数应尽可能相同或接近，在全区范围内是均匀的；
4、三维观测系统的设计受到地面条件的制约，因此在设计前要对三维施工的工区进行详细的调查；
5、三维地震勘探观测系统还要考虑地层倾角、最大炮检距、道距、规则干扰波类型、目的层位深
度等各种因素影响。

观测系统类型及选择
规则观测系统和非规则观测系统
规则观测系统
常用的有十字型观测系统和束状观测系统
十字型观测系统有许多变形,T形排列是十字型规则系统变形之一，还有由此衍生成出的L型、宽十字型、T型。

束状观测系统优点：
一是排列长度适中，当勘探目的层深度有较大变化时，可改变偏移距来满足不同地质任务的要求，并且在障碍区炮点有较大的可移动范围，有利于提高采集质量，便于野外施工。

二是具有较小的最大非纵距（即横向最大炮检距）不仅相应地减小了非纵观测误差，而且测线与非纵炮检方向（地震射线方向）之间的夹角相应较小，在检波器较少的情况下，便于组合设计和提高组合效果。

三是在相同的勘探面积内，此种系统较炮点数量少，可相应地减少占地面积，降低农业赔偿费。

非规则观测系统双“L”型、“蛛网状”、双侧爆炸观测系统。