地震勘探的分辨率概述
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横 向 分 辨 率 问 题
2
AB＝t/2*V =(T/2)/2*V =T*V/4= /4
h
B
菲涅尔带半径
OA h / 2 / 16
第三节 地震勘探分辨率
影响横向分辨率的主要因素： 1. 偏移孔径 (Aperture) － 这是决定横向分辨率的主要因素。通常偏移孔径越宽 , 可展现的地层倾角越陡 ,横向可分辨的距离越小 ,即横向 分辨率越高。 2.几何路径 (Geometry) －零偏移距道集横 向分辨率最高。 3.覆盖次数 (Fold) －多次覆盖可减少噪 音 ,进而可改进分辨率。4.采样率 (Sampling)－采样率越 小对分辨率的改进越有利。实践证明，采样率的不同对 合成空间子波宽度的影响几乎为零，但对偏移噪音有较 大的影响，采样率越小偏移噪音的压制效果越好。
第三节 地震勘探分辨率
5.偏移成像的精度(Imaging)－精确成像这是地 震资料处理所追求的目标。理论上讲 , 偏移可 以把菲涅尔带收敛成一个点 ,绕射波得到收敛, 但由于观测点密度的限制、噪音的存在以及 介质的不均匀等 , 这种理想的情况实际上是做 不到的。提高偏移成像的精度就是在实际条 件允许的情况下 , 最大限度地提高地震资料的 空间分辨率。
3
10 15 35 150 800 1000 2000 2000
第四系砂土、粘土
第四系含水砂、土
600
1050
4.55
15.59
第四系上部 第四系下部 上第三系N 下第三系上部E3 下第三系下部E2 E1—EK过渡层
1800 2000 2300 2800 3500 4500
51.02 64.33 87.48 134.86 220.33 383.0
横 向 分 辨 率 随 时 间 的 变 化 关 系
0.5
反射界面上有A、B、C、D 四处不同宽度的断开。A 处不同深度都不可分辨；0.5秒时B处可分辨；2.0秒以 下C处也难于分辨；而D处在各个深度都可以分辨。
提高分辨率的途径之四 ： 做好地震偏移归位处理
• 1、偏移归位主要提高横向分辨率； • 2、偏移的方法很多，如绕射扫描偏移、波动方程偏 移(有限差分法、Kirchhoff 积分法、频率～波数域法、 有限元法等)；叠前、叠后偏移；二维、三维偏移；时 间、深度偏移； • 3、时间偏移与深度偏移的本质区别是：The terms depth and time are used to distinguish those algorithms that handle lateral velocity variations and properly bend rays (depth migration) from those that do not (time migration).
前三个影响因素的小结：
• 1.子波的带宽不变，若子波的主频增加或减小， 则分辨率不变； • 2.子波的主频不变，带宽增加或减小，则分辨 率亦增加或减小； • 3.换言之：带宽不变，若主频的增加或减小， 则倍频程减小或增加、相位数增加或减小， 分辨率都不变；倍频程不变，则相位数不变， 若主频增加或减小，则带宽亦增加或减小， 使分辨率随之增加或减小。倍频程OCT＝ [lg(f2/f1)]/(lg2)；如5、10、20为2个倍频程， 20、40、80也是2个倍频程。
第三节 地震勘探分辨率
Widess 模型与时间～振幅曲线
第三节 地震勘探分辨率
• 3、分辨率的定量表示 • (1) 纵向分辨率：h≥/4，可分辨； • (2) 横向分辨率：
f s Fn
R
Vav 2
t0 f m
• (3) Widess关于分辨率的定量表示：
R [ S ( f )COS ( f )df ] / S 2 ( f ) df
在此把以上讨 论的影响分辨 率的三个因素 再综合考虑如 下，即在零相 位子波情况下， 子波的振幅谱 与分辨率有如 下关系，参见 左图。 分辨率与带宽、主频的关系; 图中 B 为频谱的绝对宽度，即 B=f2-f1 ； R=f2/f1为频谱的相对宽度
第三节 地震勘探分辨率
(1) 振幅谱绝对宽度越大，则子波延迟时间越短，即 分辨率越高； (2) 振幅谱绝对宽度不变，则不论主频如何变化，分 辨率不变； (3) 振幅谱绝对宽度不变，则主频越高、相对宽度越 小，分辨率与主频无关； (4) 振幅谱相对宽度不变，则子波的相位数不变，此 时主频越高，绝对宽度就越大，分辨率也越高； (5) 由此可见，决定分辨率高低的是振幅谱的绝对宽 度，而相对宽度决定子波的相位数，与分辨率没有直接 关系。
关于分辨率极限的小结
• 1 、上述三准则的适用条件是 :零相位子波； 子波的相位数少，主极值大而明显； • 2 、 Widess 准则是目前地震勘探中普遍采用 的分辨率极限，且为利用振幅信息研究薄层 厚度提供了理论依据； • 3 、薄层解释原理：在时间～振幅曲线上， 当h</4时，时差关系无法区分薄层顶底， 但合成波形的振幅与时间厚度 t近似成正比， 确定其线性函数关系，并经已知井厚度信息 的标定，实现薄层厚度估计。
同极性与反极性双脉冲的分辨率
第三节 地震勘探分辨率
• 2、分辨率的极限 • (1) Rayleigh准则:两子波到达时差t≥T/2 可分 辨； • (2) Ricker 准则：两子波到达时间差t≥(子波 主极值两侧的两个最大陡度点的间距 ) 可分辨； • (3) Widess 准则： t<T/4或h在/8与/4之间， 合成波形的振幅与 t 近似成正比，可用合成 波形的振幅信息来估算薄层厚度，这一工作称 之为薄层解释原理。
楔 形 地 质 模 型 的 地 震 响 应
下图为已知基本子波与同极性双脉冲和反极性双脉冲的 褶积结果,图中 r为基本子波主峰值两侧转折点间的时 差； R为基本子波波峰到波谷的时差；为双脉冲之 间的时差。当 >>R时，两个脉冲能很好地分开；当 <r或<R时,两个脉冲就不能分辨了。
测井 井间地震 VSP 地面地震
30m
30m 30
m
测井、井间地震、VSP、地面地震资料垂向分辨率对比
第三节 地震勘探分辨率
变井源距的三维 VSP观测方式，地 面或海面上炮点的 布置方式多种多样， 如规则网格、环状、 放射状等。
第三节 地震勘探分辨率
综合的多角 度3DVSP数 据体显示
第三节 地震勘探分辨率
第三节 地震勘探分辨率
三、提高分辨率的途径
• • • • • • 1、选择合适的野外采集参数 2、采用反褶积或反演的方法 3、进行子波处理 4、做好地震偏移归位处理 5、提高速度分析的精度 6、采用井间地震等新方法、新技术
提高分辨率的途径之一 ：选择合 适的野外采集参数
• 1、胜利油田的四小二高：小药量、小井深激发、 小组合基距、小偏移距和高覆盖次数、高信噪 比接收。 • 2、大庆油田的四高四小一降低：高采样率、高 宽频带接收、高覆盖次数、高自然频率检波器； 小药量、小道距、小组合基距、小偏移距；降 低环境噪音。 • 3、克服高分辨率勘探中的误区：唯武器论、评 价野外记录质量的标准、小药量、组合、地面 耦合等； • 4、做好信号与噪音强度分析、降低高频环境噪 音。
信号及噪音在各个频率成分中的比例
新疆依南地区
胜利商河地区
地震剖面的信噪比影响了分辨率
回转波
图a 水平叠加时间剖面
图b 偏移叠加时间剖面
深度(米)
0~2
厚度(米)
2
地层及岩性
第四系表土、松砂、 壤土
层速度(m/s)
Q值
1.48
360
2~5
5~15 0~15 15~50 50~200 200~1000 1000~2000 2000~4000 4000~6000
Rayleigh准则和Ricker准则 基本子波与导数 图中（ a ）基本子波 ; （ b ）两子波到达时间差较小 , 不 能分辨;（c）时间差达到Ricker极限;（d）时间差达到 Rayleigh极限;（e）时间差较大，易分辨。
第三节 地震勘探分辨率
Widess 准则 ; （ a ）两个子波到达时间差小于 1/4 视周期，阴影部分表示两者之差；（b）表明两子波 之差形成的合成波形与子波时间导数一致。
地震勘探分辨率
反射界面真正空间位置确定
第三节 地震勘探分辨率 一、分辨率的定义与分辨率极限 二、影响分辨率的主要因素 三、提高分辨率的途径
第三节 地震勘探分辨率
一、分辨率的定义与分辨率极限
1、分辨率的定义 分辨能力(resolving power )是指区分两个靠近物体的 能力。度量分辨能力强弱的两种表示：一是距离表示， 分辨的垂向距离或横向范围越小，则分辨能力越强； 二是时间表示，在地震时间剖面上，相邻地层时间间 隔dt 越小，则分辨能力越强。 定义：时间间隔dt 的倒数为分辨率(resolution) 。 垂向分辨率是指沿地层垂直方向所能分辨的最薄地 层厚度。 横向分辨率是指横向上所能分辨的最小地质体的宽 度。
提高分辨率的途径之二 ：采用反 褶积或反演的方法
• 1、信噪比与分辨率往往是一对矛盾，提高 分辨率通常会降低信噪比。 • 2、反褶积和反演的方法很多，通常选用多 道反褶积方法和居于模型的反演方法。 • 3、在S/N<2的地区，提高S/N为主攻方向； 在S/N>2的地区，提高分辨率为主要目标； 在S/N>4的地区，可略微损失些S/N而设法提 高分辨率。
第三节 地震勘探分辨率
y
(a)
偏移前后菲涅尔带范围的变化：(a)偏移前菲涅尔带 范围；(b)测线x方向偏移后范围；(c)测线y方向偏 移后范围；(d)三维偏移后范围。
提高分辨率的途径之五：提高 速度分析的精度
• 1、从分辨率定量表达式中可知，速度对纵、 横分辨率都有影响，速度分析精度的增加， 可改进动校正、偏移成像及层速度计算的质 量，进而提高了地震资料的分辨率； • 2、速度场的研究越来越被人们所重视，变 速成图、叠前深度偏移、油藏模拟等都要利 用。
地球物理勘探
地球物理系
王永刚
课程1章 绪论 第2章 地震波运动学理论 第3章 地震资料采集方法与技术 第4章 地震波速度 第5章 地震资料解释的理论基础 第6章 地震资料构造解释
第5章 地震资料解释的理论基础
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节
地震剖面的特点 复杂界面反射波特点
提高分辨率的途径之六：采用 井间地震等新方法、新技术
井间地震示意图
界 面
透 射 波
直达波
反射波
井间地震技术的突出 优点是避开了表层的影 响；震源和接收器就在 介质中;可观测到多种类 型的波；井间地震资料 与地面地震资料联合使 用可减少反演过程中的 多解性。反VSP技术也 有类似的优越性。
第三节 地震勘探分辨率
2 0 0 Fn
R a / S ( f )df ； am 为子波的最大振幅 0
t s 2 m 2
Fn
Fn 为 Nyquest 为率；S(f)为振幅为；θ(f)为相位为
为于零相位子波：0 R 1
f s
第三节 地震勘探分辨率
二、影响分辨率的主要因素
• 1.子波的频率成分：＝V/F； h≥/4 • 2.子波的频带宽度Fb或延续时间d：Fb增加或 d减小，分辨率提高； • 3.子波的相位特征：从Widess公式得以证实； • 4.信噪比：S/N>2，分辨率较高； • 5.偏移成像的精度：与横向分辨率有关； • 6.岩石的吸收作用：振幅随旅行时增加而呈指 数规律衰减；吸收具有选频作用； • 7.表层影响：低速层的衰减很严重。
野外常规施工经脉冲反褶积后的水平叠加剖面
野外常规施工经两步法反褶积后的水平叠加剖面
提高分辨率的途径之三 ： 进行 子波处理
• 子波处理就是严格保持子波的振幅谱不变， 只改变子波的相位谱，使非零相位子波转化 为零相位子波。这是因为在相同振幅谱条件 下，所有不同相位特征的子波中，零相位子 波的分辨率最高，而且零相位子波的主极值 正好对应于反射界面的位置。
2
AB＝t/2*V =(T/2)/2*V =T*V/4= /4
h
B
菲涅尔带半径
OA h / 2 / 16
第三节 地震勘探分辨率
影响横向分辨率的主要因素： 1. 偏移孔径 (Aperture) － 这是决定横向分辨率的主要因素。通常偏移孔径越宽 , 可展现的地层倾角越陡 ,横向可分辨的距离越小 ,即横向 分辨率越高。 2.几何路径 (Geometry) －零偏移距道集横 向分辨率最高。 3.覆盖次数 (Fold) －多次覆盖可减少噪 音 ,进而可改进分辨率。4.采样率 (Sampling)－采样率越 小对分辨率的改进越有利。实践证明，采样率的不同对 合成空间子波宽度的影响几乎为零，但对偏移噪音有较 大的影响，采样率越小偏移噪音的压制效果越好。
第三节 地震勘探分辨率
5.偏移成像的精度(Imaging)－精确成像这是地 震资料处理所追求的目标。理论上讲 , 偏移可 以把菲涅尔带收敛成一个点 ,绕射波得到收敛, 但由于观测点密度的限制、噪音的存在以及 介质的不均匀等 , 这种理想的情况实际上是做 不到的。提高偏移成像的精度就是在实际条 件允许的情况下 , 最大限度地提高地震资料的 空间分辨率。
3
10 15 35 150 800 1000 2000 2000
第四系砂土、粘土
第四系含水砂、土
600
1050
4.55
15.59
第四系上部 第四系下部 上第三系N 下第三系上部E3 下第三系下部E2 E1—EK过渡层
1800 2000 2300 2800 3500 4500
51.02 64.33 87.48 134.86 220.33 383.0
横 向 分 辨 率 随 时 间 的 变 化 关 系
0.5
反射界面上有A、B、C、D 四处不同宽度的断开。A 处不同深度都不可分辨；0.5秒时B处可分辨；2.0秒以 下C处也难于分辨；而D处在各个深度都可以分辨。
提高分辨率的途径之四 ： 做好地震偏移归位处理
• 1、偏移归位主要提高横向分辨率； • 2、偏移的方法很多，如绕射扫描偏移、波动方程偏 移(有限差分法、Kirchhoff 积分法、频率～波数域法、 有限元法等)；叠前、叠后偏移；二维、三维偏移；时 间、深度偏移； • 3、时间偏移与深度偏移的本质区别是：The terms depth and time are used to distinguish those algorithms that handle lateral velocity variations and properly bend rays (depth migration) from those that do not (time migration).
前三个影响因素的小结：
• 1.子波的带宽不变，若子波的主频增加或减小， 则分辨率不变； • 2.子波的主频不变，带宽增加或减小，则分辨 率亦增加或减小； • 3.换言之：带宽不变，若主频的增加或减小， 则倍频程减小或增加、相位数增加或减小， 分辨率都不变；倍频程不变，则相位数不变， 若主频增加或减小，则带宽亦增加或减小， 使分辨率随之增加或减小。倍频程OCT＝ [lg(f2/f1)]/(lg2)；如5、10、20为2个倍频程， 20、40、80也是2个倍频程。
第三节 地震勘探分辨率
Widess 模型与时间～振幅曲线
第三节 地震勘探分辨率
• 3、分辨率的定量表示 • (1) 纵向分辨率：h≥/4，可分辨； • (2) 横向分辨率：
f s Fn
R
Vav 2
t0 f m
• (3) Widess关于分辨率的定量表示：
R [ S ( f )COS ( f )df ] / S 2 ( f ) df
在此把以上讨 论的影响分辨 率的三个因素 再综合考虑如 下，即在零相 位子波情况下， 子波的振幅谱 与分辨率有如 下关系，参见 左图。 分辨率与带宽、主频的关系; 图中 B 为频谱的绝对宽度，即 B=f2-f1 ； R=f2/f1为频谱的相对宽度
第三节 地震勘探分辨率
(1) 振幅谱绝对宽度越大，则子波延迟时间越短，即 分辨率越高； (2) 振幅谱绝对宽度不变，则不论主频如何变化，分 辨率不变； (3) 振幅谱绝对宽度不变，则主频越高、相对宽度越 小，分辨率与主频无关； (4) 振幅谱相对宽度不变，则子波的相位数不变，此 时主频越高，绝对宽度就越大，分辨率也越高； (5) 由此可见，决定分辨率高低的是振幅谱的绝对宽 度，而相对宽度决定子波的相位数，与分辨率没有直接 关系。
关于分辨率极限的小结
• 1 、上述三准则的适用条件是 :零相位子波； 子波的相位数少，主极值大而明显； • 2 、 Widess 准则是目前地震勘探中普遍采用 的分辨率极限，且为利用振幅信息研究薄层 厚度提供了理论依据； • 3 、薄层解释原理：在时间～振幅曲线上， 当h</4时，时差关系无法区分薄层顶底， 但合成波形的振幅与时间厚度 t近似成正比， 确定其线性函数关系，并经已知井厚度信息 的标定，实现薄层厚度估计。
同极性与反极性双脉冲的分辨率
第三节 地震勘探分辨率
• 2、分辨率的极限 • (1) Rayleigh准则:两子波到达时差t≥T/2 可分 辨； • (2) Ricker 准则：两子波到达时间差t≥(子波 主极值两侧的两个最大陡度点的间距 ) 可分辨； • (3) Widess 准则： t<T/4或h在/8与/4之间， 合成波形的振幅与 t 近似成正比，可用合成 波形的振幅信息来估算薄层厚度，这一工作称 之为薄层解释原理。
楔 形 地 质 模 型 的 地 震 响 应
下图为已知基本子波与同极性双脉冲和反极性双脉冲的 褶积结果,图中 r为基本子波主峰值两侧转折点间的时 差； R为基本子波波峰到波谷的时差；为双脉冲之 间的时差。当 >>R时，两个脉冲能很好地分开；当 <r或<R时,两个脉冲就不能分辨了。
测井 井间地震 VSP 地面地震
30m
30m 30
m
测井、井间地震、VSP、地面地震资料垂向分辨率对比
第三节 地震勘探分辨率
变井源距的三维 VSP观测方式，地 面或海面上炮点的 布置方式多种多样， 如规则网格、环状、 放射状等。
第三节 地震勘探分辨率
综合的多角 度3DVSP数 据体显示
第三节 地震勘探分辨率
第三节 地震勘探分辨率
三、提高分辨率的途径
• • • • • • 1、选择合适的野外采集参数 2、采用反褶积或反演的方法 3、进行子波处理 4、做好地震偏移归位处理 5、提高速度分析的精度 6、采用井间地震等新方法、新技术
提高分辨率的途径之一 ：选择合 适的野外采集参数
• 1、胜利油田的四小二高：小药量、小井深激发、 小组合基距、小偏移距和高覆盖次数、高信噪 比接收。 • 2、大庆油田的四高四小一降低：高采样率、高 宽频带接收、高覆盖次数、高自然频率检波器； 小药量、小道距、小组合基距、小偏移距；降 低环境噪音。 • 3、克服高分辨率勘探中的误区：唯武器论、评 价野外记录质量的标准、小药量、组合、地面 耦合等； • 4、做好信号与噪音强度分析、降低高频环境噪 音。
信号及噪音在各个频率成分中的比例
新疆依南地区
胜利商河地区
地震剖面的信噪比影响了分辨率
回转波
图a 水平叠加时间剖面
图b 偏移叠加时间剖面
深度(米)
0~2
厚度(米)
2
地层及岩性
第四系表土、松砂、 壤土
层速度(m/s)
Q值
1.48
360
2~5
5~15 0~15 15~50 50~200 200~1000 1000~2000 2000~4000 4000~6000
Rayleigh准则和Ricker准则 基本子波与导数 图中（ a ）基本子波 ; （ b ）两子波到达时间差较小 , 不 能分辨;（c）时间差达到Ricker极限;（d）时间差达到 Rayleigh极限;（e）时间差较大，易分辨。
第三节 地震勘探分辨率
Widess 准则 ; （ a ）两个子波到达时间差小于 1/4 视周期，阴影部分表示两者之差；（b）表明两子波 之差形成的合成波形与子波时间导数一致。
地震勘探分辨率
反射界面真正空间位置确定
第三节 地震勘探分辨率 一、分辨率的定义与分辨率极限 二、影响分辨率的主要因素 三、提高分辨率的途径
第三节 地震勘探分辨率
一、分辨率的定义与分辨率极限
1、分辨率的定义 分辨能力(resolving power )是指区分两个靠近物体的 能力。度量分辨能力强弱的两种表示：一是距离表示， 分辨的垂向距离或横向范围越小，则分辨能力越强； 二是时间表示，在地震时间剖面上，相邻地层时间间 隔dt 越小，则分辨能力越强。 定义：时间间隔dt 的倒数为分辨率(resolution) 。 垂向分辨率是指沿地层垂直方向所能分辨的最薄地 层厚度。 横向分辨率是指横向上所能分辨的最小地质体的宽 度。
提高分辨率的途径之二 ：采用反 褶积或反演的方法
• 1、信噪比与分辨率往往是一对矛盾，提高 分辨率通常会降低信噪比。 • 2、反褶积和反演的方法很多，通常选用多 道反褶积方法和居于模型的反演方法。 • 3、在S/N<2的地区，提高S/N为主攻方向； 在S/N>2的地区，提高分辨率为主要目标； 在S/N>4的地区，可略微损失些S/N而设法提 高分辨率。
第三节 地震勘探分辨率
y
(a)
偏移前后菲涅尔带范围的变化：(a)偏移前菲涅尔带 范围；(b)测线x方向偏移后范围；(c)测线y方向偏 移后范围；(d)三维偏移后范围。
提高分辨率的途径之五：提高 速度分析的精度
• 1、从分辨率定量表达式中可知，速度对纵、 横分辨率都有影响，速度分析精度的增加， 可改进动校正、偏移成像及层速度计算的质 量，进而提高了地震资料的分辨率； • 2、速度场的研究越来越被人们所重视，变 速成图、叠前深度偏移、油藏模拟等都要利 用。
地球物理勘探
地球物理系
王永刚
课程1章 绪论 第2章 地震波运动学理论 第3章 地震资料采集方法与技术 第4章 地震波速度 第5章 地震资料解释的理论基础 第6章 地震资料构造解释
第5章 地震资料解释的理论基础
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节
地震剖面的特点 复杂界面反射波特点
提高分辨率的途径之六：采用 井间地震等新方法、新技术
井间地震示意图
界 面
透 射 波
直达波
反射波
井间地震技术的突出 优点是避开了表层的影 响；震源和接收器就在 介质中;可观测到多种类 型的波；井间地震资料 与地面地震资料联合使 用可减少反演过程中的 多解性。反VSP技术也 有类似的优越性。
第三节 地震勘探分辨率
2 0 0 Fn
R a / S ( f )df ； am 为子波的最大振幅 0
t s 2 m 2
Fn
Fn 为 Nyquest 为率；S(f)为振幅为；θ(f)为相位为
为于零相位子波：0 R 1
f s
第三节 地震勘探分辨率
二、影响分辨率的主要因素
• 1.子波的频率成分：＝V/F； h≥/4 • 2.子波的频带宽度Fb或延续时间d：Fb增加或 d减小，分辨率提高； • 3.子波的相位特征：从Widess公式得以证实； • 4.信噪比：S/N>2，分辨率较高； • 5.偏移成像的精度：与横向分辨率有关； • 6.岩石的吸收作用：振幅随旅行时增加而呈指 数规律衰减；吸收具有选频作用； • 7.表层影响：低速层的衰减很严重。
野外常规施工经脉冲反褶积后的水平叠加剖面
野外常规施工经两步法反褶积后的水平叠加剖面
提高分辨率的途径之三 ： 进行 子波处理
• 子波处理就是严格保持子波的振幅谱不变， 只改变子波的相位谱，使非零相位子波转化 为零相位子波。这是因为在相同振幅谱条件 下，所有不同相位特征的子波中，零相位子 波的分辨率最高，而且零相位子波的主极值 正好对应于反射界面的位置。