地震勘探3处理.docx

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地震勘探3处理

第三章地震资料数字处理的基本概念

在了解了地震波动力学和运动学的基本原理、地震数据野外采集方法与技术等内容之后，作为地球物理勘探勘探的主要方法之一的地震勘探法，下面必然要讨论的是地震勘探资料的应用问题，地震资料的应用主要包括构造解释、地层岩性解释、油藏描述等，在具体讨论地震资料解释的理论基础之前，概要地介绍一下与地震资料解释有关的数据处理和显示方面的基本概念。

第一节地震资料处理中的计算机系统和数字处理目标

§3.1.1用于地震资料处理中的计算机系统

计算机界人士普遍认为，近三十年来计算机的发展大致可概括为：

70年代是分时计算机时代，1971年IBM计算机占市场的77%，1976年IBM、DEC的小型机占市场的71%；80年代是个人计算机（PC）时代，1984年PC机占市场的51%；90年代是分布式计算机时代，1992年工作站占市场的76%。

用于物探资料处理的计算机，80年代中期以前，主要使用标量计算机处理地震资料，80年代末世界上主要大物探公司都采用向量计算机处理地震资料，进入90年代工作站迅速普及，同时并行处理技术正逐步发展。

计算机技术发展的几大趋向

近年来，地球物理界应用的计算机技术进步主要表现在采用新硬件、新操作系统、新语言和工具以及新应用软件的迅速发展上。

具体来说表现在以下几方面：

1、"规模优化”趋向

地球物理界使用的计算机目前最重要的一个趋向是"规模优化”（Rightsizing）。

一系列应用软件从主机移到PC机和工作站，具有了交互绘图、可变规模、高效率、低成本等优点。

几年前使用的大规模向量巨型机，如IBM、CRAY、Convex等，由于这些巨型单一处理机价格昂贵，又不适于交互处理，正被并行处理设备所代替。

大规模并行处理机（MPP）可将复杂问题分解成几部分，同时送入多个处理机，实现更有效的信息处理。

图3.1.1示意性地描绘了各类计算机性能趋向，可看出并行机性能为最高。

2、网络化趋向

计算机技术的另一个发展趋向是广域网和地区网的应用，网络技术的发展为建立异构型客户－服务器环境提供了前提条件。

每个场地通常有许多计算机，而且它们都联结在局部网上，多个场地又把多种局部网联结起来，这样大部分工作可以跨越机器，用户可以选择合适的机器配置。

在客户机－服务器模式下，一个或多个客户机和一个或多个服务器以及下层的操作系统间的通讯系统，共同组成一个支持分布计算、分析和显示的系统。

在该模式下，应用软件分成前端客户机部分和后端的服务器部分。

客户方发出请求，网络通讯系统将请求的内容传到服务器，服务器根据请求完成预定的操作，再把结果送回客户。

3、操作系统软件趋向

一般上规模的计算机配置的操作系统有：

MVS（MultipleVirtualSystem）、VMS（VirtualMemorySystem）、UNIX（MultiuserTime-SharingSystem）等，目前占主导地位的是UNIX操作系统。

PC机的操作系统是微软公司推出的DOS、Windows、NT占优势。

服务器的操作系统则多种多样，如UNIX、NT、OS/2、Novell、VAX/VMS、MVS等，如图3.1.2所示。

图中可看出，UNIX操作系统已在市场占优势，UNIX可以运行于从微型机到巨型机、并行机，特别是工作站的操作系统均采用UNIX；此外，WindowsNT（WNT）操作系统发展也很快。

4、数据存储与管理技术趋向

油气勘探领域历来十分注重数据存储与管理问题。

由于价格、容量、存取速度等因素，目前所用的存储介质种类很多，如各种形式的磁带、光盘、磁盘、固态盘、扩存、主存、芯片缓存器等。

存储介质有两个显著趋向，即磁盘小型化和高容量新型磁带与光带的出现。

在油气勘探开发领域，数据管理趋向可表示为：

文件→数据库；公司各自数据模型→POSC（PetroleumOpeningSoftwareCompany）公共数据模型；集中式IBM数据库→分布式Oracle数据库；适应多连接客户→服务器的体系结构。

应用软件系统

近年来，国外一些服务公司和软件公司将新技术、新型应用软件产品迅速推向市场。

与此同时，一些大型油气公司从自行研制所有软件改变为购买通用软件；从本公司标准改变为采用工业化标准；从单一体系结构改变为利用“由桥梁联结的计算岛”；从开发为主改变为综合（集成）为主。

油气地球物理勘探的应用软件系统迅速发展的主要标志是：

地震资料处理系统日趋完善

在此不妨回顾一下世界四大地球物理公司关于地震处理系统的发展历程，从中不难看出地震资料处理系统的日趋完善。

（1）、西方－阿特拉斯地球物理公司的Omega系统

西方－阿特拉斯地球物理公司是由美国利敦工业公司属下的西方地球物理公司与美国德来赛公司属下的阿特拉斯公司于1987年合并而成，1993年又兼并了美国哈里伯敦石油服务集团属下的石油地球物理服务公司（HGS）。

西方地球物理公司从1964年就开始与IBM合作研制了名为SPS的地震处理系统，该系统一直使用到80年代末才由交互系统IQueue替代。

该公司在IQueue系统的基础上采用最近发展的技术，如接口设计、网络和分布式处理以及数据集成等，又推出了新一代地震数据处理软件Omega系统。

该系统具备交互和批处理能力，其特点是计算效率高、交互能力强、使用方便灵活、质量控制手段齐全，可用于陆地、海洋、浅海的二维和三维地震资料处理。

（2）法国CGG公司的Geovecteur地震处理系统

法国CGG公司成立于1931年，该公司可利用所有有效的陆地、海上和空中地球物理方法实施地下油气、矿物及水资源勘探。

1983年CGG公司率先进入了巨型计算机地震资料处理领域，选用了CRAY超级向量计算机，并在该机上成功地开发了Geovecteur系统。

该系统集中了CGG以往多年在CDCCyber计算机上使用的Geomaster地震处理软件的优点，又充分利用了新型计算机技术的优势。

1988年又推出了UNIX操作系统可兼容的GeovecteurPlus地震处理系统。

该系统可在多种类型的计算机环境下工作。

1994年CGG公司提出了ParallelGeovecteur系统，它集批处理、交互处理与并行处理于一体。

（3）挪威PGS公司的DISCO－FOCUS地震处理系统

自从1980年CSD（CogniSeisDevelopment）公司推出DISCO系统以来，该系统已经获得全世界的承认，并且逐渐成为工业标准的地震处理软件。

该系统的特点是：

成熟、可靠、先进、灵活、模块化、交互性、综合性等。

FOCUS又称交互DISCO，是一种新型的、以UNIX和X-Windows以及OSF/Motif为基础、同时也以工作站为基础的处理系统。

FOCUS在地震处理中引入了面向目标处理的概念，即它将地震数据、处理方法、处理参数三者作为相互关联的目标空间，该三维空间中的某一特定的点都代表着地震处理所处的一个特定的阶段。

（4）由Schlumberger支持的Geco-Prakla公司推出的Seismos地震处理软件

由Schlumberger支持的Geco-Prakla公司现为世界上最大的地球物理公司，该公司推出的Seismos软件是一套最新、最完整的地震处理软件，具有批处理和交互处理能力，并包括完整的叠前或叠后时间域或深度域偏移功能。

Seismos和速度模型及地震解释软件共享一个数据库以及一个用户界面，实现了处理解释一体化的设想。

以上主要对世界上比较有影响的四家地震处理软件作了介绍，当然，还有许多公司正在发展自己的地震处理软件，且各有自己的优势所在。

值得一提的是，前苏联石油地球物理勘探生产科研联合公司，当西方世界正在深入研究并行处理之时，该公司在80年代中期就研制了用于自造的并行计算机PS－200的地震数据处理软件第一版本，该系统称为SOSPS（并行结构地震操作系统），就其并行计算而言，SOSPS是世界上第一个成功的地球物理处理系统。

虽然这套软件很先进且效率很高，但硬件环境比世界上领先的技术要落后许多。

地震资料解释系统日趋完善

目前已具备综合利用多学科数据、采用多媒体技术、自动解释追踪及先进的可视化能力，详细内容将在第四章的第七节中介绍。

软件集成平台

油气勘探的数据类型很多，综合利用不同来源的数据有助于储层预测和油藏描述。

正由于数据的集成，才导致了软件集成平台的进一步研究，软件集成平台的作用如图3.1.3所示。

从事石油工业上游数据标准化工作的，目前国际上主要有四个组织，即PIDD、PPDM、IBM、POSC。

PIDD意为石油工业数据词典，创建于1987年，主要为石油工业开发电子数据交换的标准；PPDM意为公共石油数据模型，创建于1989年，主要为石油工业上游定义标准的数据模型；IBM公司主要为石油工业定义内容广泛的逻辑数据模型；POSC意为石油技术开发软件公司，创建于1990年，在当今石油工业上游最有影响，其宗旨是发展集成石油工业上游数据和应用软件的规范。

软件集成平台是近年出现的具有深远影响的技术，POSC软件集成平台定义了应用软件与数据、系统、用户之间标准接口。

第一节地震资料处理中的计算机系统和数字处理目标

§3.1.1用于地震资料处理中的计算机系统

计算机界人士普遍认为，近三十年来计算机的发展大致可概括为：

70年代是分时计算机时代，1971年IBM计算机占市场的77%，1976年IBM、DEC的小型机占市场的71%；80年代是个人计算机（PC）时代，1984年PC机占市场的51%；90年代是分布式计算机时代，1992年工作站占市场的76%。

用于物探资料处理的计算机，80年代中期以前，主要使用标量计算机处理地震资料，80年代末世界上主要大物探公司都采用向量计算机处理地震资料，进入90年代工作站迅速普及，同时并行处理技术正逐步发展。

计算机技术发展的几大趋向

近年来，地球物理界应用的计算机技术进步主要表现在采用新硬件、新操作系统、新语言和工具以及新应用软件的迅速发展上。

具体来说表现在以下几方面：

1、"规模优化”趋向

地球物理界使用的计算机目前最重要的一个趋向是"规模优化”（Rightsizing）。

一系列应用软件从主机移到PC机和工作站，具有了交互绘图、可变规模、高效率、低成本等优点。

几年前使用的大规模向量巨型机，如IBM、CRAY、Convex等，由于这些巨型单一处理机价格昂贵，又不适于交互处理，正被并行处理设备所代替。

大规模并行处理机（MPP）可将复杂问题分解成几部分，同时送入多个处理机，实现更有效的信息处理。

图3.1.1示意性地描绘了各类计算机性能趋向，可看出并行机性能为最高。

2、网络化趋向

计算机技术的另一个发展趋向是广域网和地区网的应用，网络技术的发展为建立异构型客户－服务器环境提供了前提条件。

每个场地通常有许多计算机，而且它们都联结在局部网上，多个场地又把多种局部网联结起来，这样大部分工作可以跨越机器，用户可以选择合适的机器配置。

在客户机－服务器模式下，一个或多个客户机和一个或多个服务器以及下层的操作系统间的通讯系统，共同组成一个支持分布计算、分析和显示的系统。

在该模式下，应用软件分成前端客户机部分和后端的服务器部分。

客户方发出请求，网络通讯系统将请求的内容传到服务器，服务器根据请求完成预定的操作，再把结果送回客户。

3、操作系统软件趋向

一般上规模的计算机配置的操作系统有：

MVS（MultipleVirtualSystem）、VMS（VirtualMemorySystem）、UNIX（MultiuserTime-SharingSystem）等，目前占主导地位的是UNIX操作系统。

PC机的操作系统是微软公司推出的DOS、Windows、NT占优势。

服务器的操作系统则多种多样，如UNIX、NT、OS/2、Novell、VAX/VMS、MVS等，如图3.1.2所示。

图中可看出，UNIX操作系统已在市场占优势，UNIX可以运行于从微型机到巨型机、并行机，特别是工作站的操作系统均采用UNIX；此外，WindowsNT（WNT）操作系统发展也很快。

4、数据存储与管理技术趋向

油气勘探领域历来十分注重数据存储与管理问题。

由于价格、容量、存取速度等因素，目前所用的存储介质种类很多，如各种形式的磁带、光盘、磁盘、固态盘、扩存、主存、芯片缓存器等。

存储介质有两个显著趋向，即磁盘小型化和高容量新型磁带与光带的出现。

在油气勘探开发领域，数据管理趋向可表示为：

文件→数据库；公司各自数据模型→POSC（PetroleumOpeningSoftwareCompany）公共数据模型；集中式IBM数据库→分布式Oracle数据库；适应多连接客户→服务器的体系结构。

应用软件系统

近年来，国外一些服务公司和软件公司将新技术、新型应用软件产品迅速推向市场。

与此同时，一些大型油气公司从自行研制所有软件改变为购买通用软件；从本公司标准改变为采用工业化标准；从单一体系结构改变为利用“由桥梁联结的计算岛”；从开发为主改变为综合（集成）为主。

油气地球物理勘探的应用软件系统迅速发展的主要标志是：

地震资料处理系统日趋完善

在此不妨回顾一下世界四大地球物理公司关于地震处理系统的发展历程，从中不难看出地震资料处理系统的日趋完善。

（1）、西方－阿特拉斯地球物理公司的Omega系统

西方－阿特拉斯地球物理公司是由美国利敦工业公司属下的西方地球物理公司与美国德来赛公司属下的阿特拉斯公司于1987年合并而成，1993年又兼并了美国哈里伯敦石油服务集团属下的石油地球物理服务公司（HGS）。

西方地球物理公司从1964年就开始与IBM合作研制了名为SPS的地震处理系统，该系统一直使用到80年代末才由交互系统IQueue替代。

该公司在IQueue系统的基础上采用最近发展的技术，如接口设计、网络和分布式处理以及数据集成等，又推出了新一代地震数据处理软件Omega系统。

该系统具备交互和批处理能力，其特点是计算效率高、交互能力强、使用方便灵活、质量控制手段齐全，可用于陆地、海洋、浅海的二维和三维地震资料处理。

（2）法国CGG公司的Geovecteur地震处理系统

法国CGG公司成立于1931年，该公司可利用所有有效的陆地、海上和空中地球物理方法实施地下油气、矿物及水资源勘探。

1983年CGG公司率先进入了巨型计算机地震资料处理领域，选用了CRAY超级向量计算机，并在该机上成功地开发了Geovecteur系统。

该系统集中了CGG以往多年在CDCCyber计算机上使用的Geomaster地震处理软件的优点，又充分利用了新型计算机技术的优势。

1988年又推出了UNIX操作系统可兼容的GeovecteurPlus地震处理系统。

该系统可在多种类型的计算机环境下工作。

1994年CGG公司提出了ParallelGeovecteur系统，它集批处理、交互处理与并行处理于一体。

（3）挪威PGS公司的DISCO－FOCUS地震处理系统

自从1980年CSD（CogniSeisDevelopment）公司推出DISCO系统以来，该系统已经获得全世界的承认，并且逐渐成为工业标准的地震处理软件。

该系统的特点是：

成熟、可靠、先进、灵活、模块化、交互性、综合性等。

FOCUS又称交互DISCO，是一种新型的、以UNIX和X-Windows以及OSF/Motif为基础、同时也以工作站为基础的处理系统。

FOCUS在地震处理中引入了面向目标处理的概念，即它将地震数据、处理方法、处理参数三者作为相互关联的目标空间，该三维空间中的某一特定的点都代表着地震处理所处的一个特定的阶段。

（4）由Schlumberger支持的Geco-Prakla公司推出的Seismos地震处理软件

由Schlumberger支持的Geco-Prakla公司现为世界上最大的地球物理公司，该公司推出的Seismos软件是一套最新、最完整的地震处理软件，具有批处理和交互处理能力，并包括完整的叠前或叠后时间域或深度域偏移功能。

Seismos和速度模型及地震解释软件共享一个数据库以及一个用户界面，实现了处理解释一体化的设想。

以上主要对世界上比较有影响的四家地震处理软件作了介绍，当然，还有许多公司正在发展自己的地震处理软件，且各有自己的优势所在。

值得一提的是，前苏联石油地球物理勘探生产科研联合公司，当西方世界正在深入研究并行处理之时，该公司在80年代中期就研制了用于自造的并行计算机PS－200的地震数据处理软件第一版本，该系统称为SOSPS（并行结构地震操作系统），就其并行计算而言，SOSPS是世界上第一个成功的地球物理处理系统。

虽然这套软件很先进且效率很高，但硬件环境比世界上领先的技术要落后许多。

地震资料解释系统日趋完善

目前已具备综合利用多学科数据、采用多媒体技术、自动解释追踪及先进的可视化能力，详细内容将在第四章的第七节中介绍。

软件集成平台

油气勘探的数据类型很多，综合利用不同来源的数据有助于储层预测和油藏描述。

正由于数据的集成，才导致了软件集成平台的进一步研究，软件集成平台的作用如图3.1.3所示。

从事石油工业上游数据标准化工作的，目前国际上主要有四个组织，即PIDD、PPDM、IBM、POSC。

PIDD意为石油工业数据词典，创建于1987年，主要为石油工业开发电子数据交换的标准；PPDM意为公共石油数据模型，创建于1989年，主要为石油工业上游定义标准的数据模型；IBM公司主要为石油工业定义内容广泛的逻辑数据模型；POSC意为石油技术开发软件公司，创建于1990年，在当今石油工业上游最有影响，其宗旨是发展集成石油工业上游数据和应用软件的规范。

软件集成平台是近年出现的具有深远影响的技术，POSC软件集成平台定义了应用软件与数据、系统、用户之间标准接口。

§3.1.2地震资料数字处理的主要目标

数字地震仪器记录的资料中既包含了有效波，又隐含着各种干扰波（规则干扰、随机干扰），有效波与干扰波的差异表现在各个方面，如频谱、传播方向、剩余时差和统计特性等，在地震勘探资料数字处理中，利用记录信号频谱特征的差异来压制干扰波，突出有效波的方法就是数字滤波。

而在地震资料野外采集过程中使用的组合、多次覆盖正是利用了有效波与干扰波在传播方向和剩余时差上的差异达到突出有效波、压制干扰波之目的。

从野外采集的原始地震信息到可供解释人员使用的数据体或剖面，其间经历了一系列的加工、处理，地震资料加工处理过程可归纳为“三高一准”，即高信噪比、高分辨率、高保真度和准确成像。

提高信噪比

信噪比是衡量地震资料质量优劣的一个重要指标，地震资料的信噪比越高，其质量越好，处理结果就越可信。

所以说，准确合理地估计和评价地震资料的信噪比无论对处理人员还是对解释人员都有一定的参考价值。

信噪比一般定义为信号与噪音的振幅比或能量比，在噪音水平相同的情况下，浅层和深层的信号能量不同，强反射和弱反射的能量也不同，于是信噪比就不相同。

因此，信噪比分析通常是在一定长度的时窗内进行。

估计和评价地震资料信噪比的方法有好多，在此介绍一种简便易行且相对可靠的信噪比估计方法。

设给定时窗内的地震记录f（t）由信号q（t）和噪音n（t）叠加而成，且噪音n（t）为随机的，与信号q（t）不相关，是一个满足正态概率分布的平稳随机过程，即：

f（t）＝q（t）＋n（t）（3.1.1）

使用多道记录可实现信号和干扰的自相关函数的分离，利用分离后的自相关函数可以分别估计地震记录中信号能量和噪音能量，进而可利用自相关函数τ＝0处的幅值计算信噪比

，具体计算公式为：

（3.1.2）

式中，

为信号的能量，表达式为：

（3.1.3）

为噪音的能量，表达式为：

（3.1.4）

其中，T为选取的时窗长度，以样点数表示；K为选取的记录道数。

为了方便起见，信噪比也经常取作有效波平均振幅与干扰波均方根振幅之比，即：

（3.1.5）

式中，

（3.1.6）

如果用于信噪比估计的地震剖面中反射波同相轴是倾斜的，则应该选取倾斜分析时窗，其目的是保证分析时窗内记录的同相性。

地震记录的信噪比参数既可用于评价野外工作的质量和考核资料处理效果，也可当作地震属性参数，用于储层研究。

提高地震资料的信噪比其实质就是想方设法压制或剔除各种干扰信息，突出有效信息，具体方法概括起来有：

（1）野外采集方面，主要是组合和多次覆盖，组合（包括组合检波和组合激发）主要是通过压制面波或地滚波等规则干扰波来提高信噪比；多次覆盖技术在野外采用多次观测，室内进行水平叠加，主要通过对多次波的压制作用来提高记录的信噪比。

总之，严格把握野外施工进程和施工质量是提高信噪比的关键。

（2）数字处理方面，主要以各种滤波方法为主，如频率域滤波、递归滤波、相干滤波、中值滤波等等。

此外，还有各种变换方法，如Radon变换、K－L变换、小波变换等等。

上述各种方法将在后续的相关课程中详细介绍。

提高分辨率

关于分辨率的定义、影响分辨率的各种因素及提高分辨率的方法将在第四章介绍，在此作为数字处理的目标之一讨论有关概念。

随着油气工程的深入发展，对地震资料在储层预测和油藏特征描述等方面的要求也越来越高，最令人关注的是提高地震资料的分辨率。

高分辨率地震勘探是一个系统工程，它包括高分辨率地震采集、资料处理和解释应用三大部分，三者紧密相连，缺一不可。

高分辨率地震资料处理也是一个系统工程，它贯穿于资料处理的全过程，涉及的内容相当广泛。

就地震资料数字处理而言，经多年的努力，已有多种提高地震资料分辨率的处理方法，例如，展宽有效波频带的方法：

谱白化、兰色滤波等等；压缩地震子波延续时间的方法：

反褶积、反Q滤波等等；测井约束反演的方法：

宽带约束反演（BCI）和岩性约束反演（LCI）、Jason和StratMod（近几年从国外引进的软件）等。

需要说明的是，地震信息中包含的各种频率成分有不同的用处，应该当作一个整体来考虑，缺少哪一部分都不行。

提高分辨率的目的就是要查明地下薄储集层，要搞清地下5到30米厚度的储集层，就目前的技术水平来看，最重要的有效频段是8－160赫兹；地震信息中低频成分对于查明大套灰岩顶部的台阶状波阻抗十分有利，所以不能一味追求频宽数值愈大愈好，一定不要丢掉低频成分。

此外，分辨率与信噪比密切相关，这是因为信噪比是分辨率的基础，分辨率是由信噪比所定义的。

提高保真度

保真度是指经数字处理后的地震剖面或数据体与地下实际地质情况的吻合程度，提高保真度就是提高这种吻合程度的一切努力或尝试。

应该包括以下内容：

（1）正演模拟过程中的模型设计。

获取给定地质模型的地震响应的过程就是正演过程，其间地质模型的设计就涉及保真度的问题，提高这方面的保真度，应该尽量多的搜集各种相关资料，综合分析后设计出与实际地质情况相一致的正演模型。

正演模拟的实现过程包括物理的和数学的，具体方法可参考相关书籍。

（2）地震剖面与地质剖面的一致性。

这是地震资料处理人员所追求的目标，常规处理中的动、静校正，水平叠加，偏移等就是追求两者完全一致的努力和尝试。

（3）地震波动力学特征的保真度。

地震波动力学特征包括振幅、频率、相位、波形、极化特点、吸收衰减特性等。

准确反演上述特征参数对储层横向预测、油藏特征描述等大有益处。

真振幅恢复、地震属性分析等都应考虑其保真度。

（4）高分辨率处理中的保真度。

最终剖面上的分辨率约为半个视周期，可分辨的地层厚度为四分之一视波长，这是一种过硬的、实实在在的分辨率，称之为真分辨率，即地震资料本身所达到的分辨率，它是由信噪比大于1的频带宽度（有效频带）所决定的。

追求地震有效频带以外的分辨率的努力和尝试称之为视分辨率的提高。

关于这些问题的讨论详细可参考李庆忠院士的专著≤走向精确勘探的道路—高分辨率地震勘探系统工程剖析≥。

准确成像

在讨论成像问题时，经常遇到的术语是层析成像（TomographyImaging），它是依据在物体外部观测到的数据，建立起物体截面的图像。

医学上的X－射线CT（Comp