地震数据处理第二章：预处理及真振幅恢复

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：①SEG-D②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-Y40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)1任务号（4字节)2测线号（4字节)3卷号（4字节)4道数/炮或总道数5采样间隔\采样间隔us6样点数/道7数据格式码：1—浮点（4字节)2—定点（4字节）3—定点（2字节）8记录类型码：0—叠后道1—炮集2—CDP道集9~13备用14计量系统代码：1——米2——英尺…备用100备用SEG_Y格式：卷头(4字节/字,共100字）:1测线内道序号(字节1~4)2卷内道序号(字节5~8)3FFID&ILN(字节9~12)4道号(字节13~16)5震源点号(字节17~20)6CMP号&XLN(字节21~24)7CMP集内道号(字节25~28)8道识别码：(字节29~30)1=地震数据；2=死道；3=空道4=爆炸信号；5井口道；~垂直叠加道数：(字节31~32)9水平叠加道数：(字节33~34)数据类型码：(字节35~36)1=生产；2=试验19~22X坐标(字节73-76or81-84）经度Y坐标(字节77-80or85-88）纬度60~(字节237~240)道头(4字节/字,共60字）:……ENDOfFile(EOF)二、道编辑（TraceEditing）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：•TraceKillUsingTraceStatistics（道统计/道估计）•TraceKillPercentagesUsingEnsembleStatistics（道集统计）第一节预处理合格记录不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面波折射波声波机械振动50Hz环境噪声•TraceKillUsingTraceStatisticsTraceStatisticscalculatesuptoeightdifferentstatisticswithinaspecifiedwindowoneachinputtrace.①Averagetraceenergy②Averagefirstbreak（初至波）energy③Averagepre-firstbreak（前初至）energy④Averagepre-firstbreakfrequency⑤Spikiness（脉冲）:theratioofmaximummagnitudesampletotracesignalamplitude⑥Dominantfrequency（主频）basedonacountofzerocrossingswithinasignalwindow⑦Frequencydeviation（频率偏差）basedonstatisticalscatter（离散）offrequencyestimates⑧Estimatedtraceenergydecayrate（能量衰减率）,indb.如：TRC_AMPL:0-6e27AMPDECAY:-190-+80db/secFRQ_PEAK:26-125Hz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。SPS文件中的部分数据：第一节预处理RfileLine线号Line接收点桩号Line检波器Line埋深LineX坐标Line高程Line静校正量SfileLine炮线号Line炮点桩号Line可控震源LineX、Y坐标XfileFFID炮线号炮点桩号起止道号接收线号起止桩号磁带号VVVVVV123240241480481720721960m60:dym60ΔSx：m40L：m20道距：m40Sy：m20m10m10m20mm6010dydxCMP面元尺寸：08单线覆盖次数：608总覆盖次数：m10dx：133261332713328133291333013331133321333313334共中心线共中心线共中心线共中心线炮线炮线炮线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。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。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：22244tvErEe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。（1）设单位距离r=1处的波前能量密度为：40Ee则两式之比为：（2）220)(11vtree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。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：vtrAADd110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：dDAA2、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。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：SrSiAiArrxxSrssrcos2sin2Si2由图2-5知：xrxssrSrSicossinAiAr2因此，得到：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xxDd11tanAiAr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。dD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：dzzvpzpvxz02122)](1[)(2P为射线参数11sinvp对以上两式分别求导，可得到:11102322cos)](1[)(2vddpdzzvpzvdpdxz由上述2式得到：dzzvpzvvdxdz02322111)](1[)(1cos2波前扩散因子为：水平层状介质情况下的波前扩散因子为：2111312cossin2tanniiiidhxD211023221121)](1[)(cos2tanzddzzvpzvxvD当地震波沿垂直界面方向入射时，niiiniiidvtvvhvD121112将均方根速度niiniiirmstvtv112代入上式，得tvvDrmsd21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。即零炮检距的层状介质波前扩散因子：1cos,001iip；则：二、地层吸收能量补偿第二节真振幅恢复岩层并非完全弹性，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。re0AA传播距离。—介质吸收系数；—初始振幅；—r0A式中由岩层吸收引起的振幅衰减因子为：trdeeD0AA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2-22020-112A-AA2EE2Qe将上式展开，舍去高次项，得品质因子与吸收系数的关系为vfQfv由品质因子表示的衰减因子为：QfttrdeeeD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：iiQftaieD当地震波相继通过n层时，整个地层的吸收因子为：niiiQtfniaieDDa11niiiniieffQttQ11引入等效的品质因子则上式写成如下形式：effQfteDa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：QftiefA)(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：)(-))(lnH)(fHQtffAf（于是低通滤波器的频谱为：)]([)()(),(fjHfQtfjeefAtfD),(tfD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，故补偿因子为：)]([1-),(fjHfQtetfD利用付里叶变换可得时域地层吸收补偿因子为：dfeethfjfGQt2)(),(设补偿前数据为x(t)，补偿后为y(t)，即),(*)()(thtxty第三节振幅平衡一、道内动平衡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：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。||121MMmmjjaMA权系数：jjA1w均衡处理：jwaajj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。设有M道记录，其总平均振幅为：||.11,1NjjiMiaNMA每道的平均振幅为：||11,NjjiiaNA第i道的权系数为：iiAAwiwaaji,ji,道间均衡处理：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。四、EnvelopeScaling（包络标度、包络换算、包络比例）Methodology（方法）Foreachtraceintheinputdata,theprogram:•computest