地震数据数字处理总结

中国石油大学（北京）《地震数据处理方法》勘查2011级复习重点总结

第一章地震数据处理基础

1、地震信号的特点：

1）实信号

2）离散

3）有限长

4）能量有限

5）非周期

2、采样定律内容：一个连续信号，如果其最高频率小于尼奎斯特折叠频率，即信号的采样频率大于信号最高频率的两倍，则利用离散采样后的信号可以恢复原始信号。

3、采样定律的应用条件：信号的采样频率大于信号最高频率的两倍，即：最高频率至少要在一个周期内采到两个样点

4、采样频率、折叠（尼奎斯特）频率、信号最高频率定义：

5、假频的定义：高于尼奎斯特频率的高频成分以尼奎斯特频率为中心向低频方向折叠，形成假的频率成分，称为假频。

6、假频的判断和计算：

7、地震信号的频谱特点：

1）有限带宽（带限）

2）有一定主频（主频越高，分辨能力越强）

8、判别相位性质的三种办法：

1）相位延迟（不常用）

2）能量延迟

3）Z变换的多项式求根（根都在单位圆外，为最小相位（延迟）信号）

9、一维数字滤波实现方法、具体步骤：

1）频率域：

实现方法：（以零相位为例，翻译略）

具体步骤：

a、地震频谱分析：确定分析有效频率范围

b、设计滤波器：压制噪声保留有效信号

c、地震记录FFT变换：标准化变换长度

d、进行滤波运算：振幅谱相乘相位谱相加

e、滤波结果IFFT

2）时间域：（也叫褶积滤波）

实现方法：（以零相位为例，翻译略）

具体步骤：

a、地震记录频谱分析：确定中心频率、带宽

b、设计滤波器：确定滤波算子长度（频带越宽，长度越短）

c、确定滤波因子离散值：双边对乘实参数

d、进行滤波运算：地震记录与滤波因子褶积

10、伪门的定义：对连续的滤波因子用时间采样间隔离散采样后，得到离散的滤波因子，若再按离散的滤波因子计算出与它相应的滤波器的频率特性，这时在频率特性的图形上，除了有同原来连续的滤波因子的频率特性对应的“门”外，还会周期性地重复出现很多“门”，这些门称为“伪门”。产生“伪门”的原因：由于对滤波因子离散采样。

11、吉布斯现象：当对滤波因子用有限项代替无限项时，在原始信号突变点（间断点）处，通过信号出现的明显的振荡现象。

12、产生吉布斯现象的原因：在反变换计算过程中，用有限项近似无限项从而丢失原始信号中的高频成分。

13、避免吉布斯现象的方法

1）频率域镶边法：在频率特性曲线的不连续点附近，镶上一条连续的边。

2）时间域窗函数法

14、一维数字信号滤波两种实现方法：

1）时间域：输入信号与滤波信号直接褶积得输出信号；

2）频率域：输入信号与滤波信号分别进行FFT，得到各自的谱，将两者的振幅谱相乘，相位谱相加，得输出信号的谱，再对此谱进行IFFT，即得输出信号。

15、地震波视速度概念：当观测方向与地震波的传播方向不一致时，所测得的速度即为视速度。

16、空间假频产生原因、基本特点和消除方法：

1）产生原因：当地震信号的频—波振幅谱中的波数大于空间采样中的尼奎斯特波数时，将产生空间假频。

2）基本特点：

a、在已知检波点间隔、地震波传播速度和波前面倾角的情况下，可计算出地震共炮点记录和零炮检距自激自收记录出现空间假频的门槛频率；

b、叠后剖面的门槛频率为叠前的一半，叠后偏移比叠前处理要求更小的道间距，道间距过大将产生空间假频；

c、地震信号的频率一定时，倾角时差越大，越容易产生空间假频；地震信号的倾角时差一定时，频率越高，越容易产生空间假频。

3）消除方法：沿测线方向每个视波长采集两个以上样值，即沿测线方向的视波数小于或等于空间采样中的尼奎斯特波数。

17、地震记录中不同性质的波（面波、有效反射波、直达波等）的视速度特点和二维频谱分布特征

1）视速度特点：直达波的视速度即为直达波时距曲线（直线）的斜率的倒数。有效反射波的视速度较大，它在传播方向上近于垂直出射地面。而面波沿地面传播，视速度较小，一般为100m/s－1000m/s，且具有频散现象（即不同频率成分的视速度不同，在地震记录上表现为“扫帚状”）

2）二维频谱分布特征：

18、地震记录中二维滤波处理效果的影响因素

1）同相轴时差

2）能量

3）子波相位

4）噪声

19、两个3点子波各自振幅谱、相位谱的计算和相位特征的判别，以及褶积、自相关和互相关的计算

第二章预处理及真振幅恢复

1、预处理的主要工作：（第一步有时又分为两步，数据解编为一步，格式转换为一步）1）数据解编和格式转换

解编的定义如下：按照野外采集的记录格式将地震数据检测出来，并将时序的野外数据转换为道序数据，然后按照炮和道的顺序将地震记录存放起来。

2）道编辑

道编辑的定义如下：对由于激发、接收或噪声因素产生的不正常的地震道进行处理，即对坏道和坏炮的剔除处理。

注：不能先进行道编辑再进行数据解编，预处理的工作顺序不能改变。

3）野外观测系统定义

2、影响反射振幅的因素：

地震记录的振幅不仅反映了地层界面的反射系数，而且还与地震波的激发、传

播和接收等因素有关。这些因素包括地震波的激发条件、接收条件、波前扩散、吸

收、散射、透射损失、微曲多次波、入射角的变化、波的干涉和噪声等。

3、球面扩散补偿、地层吸收补偿和地表一致性补偿的优缺点：

1）球面（波前）扩散能量补偿：

优点：振幅补偿物理意义明确，补偿后可以保持地震振幅的相对关系。

缺点：进行球面扩散补偿时，无法准确得到速度函数；记录中的噪声同时被放大。

2）地层吸收能量补偿：

优点：能够有效地层吸收等因素引起的反射振幅衰减，提高深反射层地震分辨率。

缺点：难以获得准确的地层品质因子；补偿后记录中的噪声同时被放大。

注：地层品质因子越小，对地震波的吸收作用越强，地震波振幅衰减越严重（干燥岩石衰减小，流体衰减大），地层吸收补偿效果越好。

3）地表一致性振幅补偿：

优点：能够有效消除因激发、接收和近地表因素引起的反射能量差异，补偿后保持了地震振幅的相对关系。

缺点：无法消除时变等振幅差异；补偿后记录中的噪声同时被放大。

第三章反褶积

1、地震记录的形成：地震记录等于子波与反射系数的褶积加上噪声。

2、在时间域上，由于地震子波存在一定延续时间，通过压缩子波长度（即子波延续时间）可以提高纵向分辨率；在频率域上，由于子波具有一定的主频和频宽，通过提高主频、拓宽频带可以提高纵向分辨率。

3、褶积模型适应条件：

1）反射界面是由一系列常速水平介质构成；

2）震源产生一个平面压缩纵波垂直反射界面入射，在此情况下，地震波在反射界面处不会产生转换横波；

3）地震波在地层中传播时，其波形保持不变，即地震波传播过程是波形是固定的。

4、地震子波求取方法：

1）直接观测法（不常用，只适用于海上地震勘探）

2）利用测井资料求子波的方法：

a、根据声波测井和密度测井资料得到声速曲线和密度曲线，因而求出声阻抗曲线，把深度

转换成垂直双程旅行时，得到随反射时间变化的声阻抗曲线；

b、利用反射系数公式计算出反射系数；

c、利用FFT求出反射系数和井旁地震记录的频谱，从而得到地震子波的频谱；

d、对子波频谱进行IFFT，从而得到地震子波。

注：该方法要求具有良好的声波测井和密度测井资料，并且在井旁有质量较高的地震记录；但不必假设反射系数是白噪声，也不必预先知道地震子波的相位特性。

3）自相关法：

假设条件：反射系数为白噪声，即子波的自相关近似等于地震记录的自相关，子波的振幅谱近似等于地震记录的振幅谱。

由以上假设可知，通过计算地震记录的振幅谱可得到子波的振幅谱，若子波为零相位，则对子波的振幅谱作IFFT即可得到零相位子波；若子波为最小相位，则确定方法如下：

4）对数分解法（具体过程不必掌握）

5）多项式求根法（具体过程不必掌握）

5、反子波（反褶积的滤波因子）的求取方法：

1）已知子波的情况下，由于子波频谱与反子波频谱的乘积为1，利用子波与反子波的Z变换之间的关系，首先根据地震子波时间序列得到其Z变换，然后求出反子波的Z变换，从而得到反子波时间序列。

实际例子：

2）最佳维纳（最小平方）滤波法

实际例子：

6、推导维纳滤波方程：

7、预测反褶积中“预测”的含义是什么？

“预测”的含义：设计一个预测因子，对输入地震记录的过去值和现在值进行预测，所得到的未来的预测值是海上鸣震等多次波干扰，将它从包括一次反射和干扰的地震记录中减去，所得到的预测误差即为消除干扰后的一次反射信号。

8、为什么预测反褶积能够更好地保持地震记录的信噪比？

预测反褶积能够预测海上鸣震等多次波出现的位置，能够消除一次反射后面的海上鸣震等多次波干扰，从而相比较脉冲反褶积而言能够更好地保持地震记录的信噪比。

9、预测反褶积的分辨率与预测步长的关系是什么？为什么存在这种关系？

预测步长越小，预测反褶积的分辨率越高。这是因为预测反褶积对反射脉冲或地震子波有着明显的压缩作用，它可以将原来长度为n的地震子波压缩为长度为α-1的窄脉冲，预测步长越小，地震子波压缩地越明显，分辨率也就越高。若预测步长α=1，则地震子波将被压缩为尖脉冲。

10、为什么说脉冲反褶积是预测反褶积的特例？

脉冲反褶积是一种预测步长为1个样点且期望输出为一个尖脉冲的预测反褶积。

11、脉冲反褶积和预测反褶积的基本假设是什么？为什么需要这些假设？

四个假设：

1）反射系数为白噪；

2）噪声为白噪；

3）反射系数与噪声不相关；

4）子波为最小相位子波。

前三个假设使得可以由地震记录的自相关近似表示地震子波的自相关，最小相位子波假设使得反褶积算子分布在正轴上，并得到脉冲反褶积维纳滤波方程的右端项。

11、子波整型反褶积

1）首先估算地震记录的最小相位子波（首先得到最小相位脉冲反褶积算子，最小相位脉冲反褶积算子的反算子就是地震记录的最小相位子波）；

2）利用维纳滤波将最小相位子波整型为其对应的零相位子波（相同振幅谱），这是因为在具有相同振幅谱的各种相位的子波中，零相位子波具有最高的分辨率。

12、同态反褶积

缺点：

1）低通滤波参数确定有困难；

2）相位谱展开有困难；

3）噪声影响。

具体步骤如下图所示：

13、地表一致性反褶积

1）目的和作用：

消除激发、接收和近地表的差异对地震子波的影响，增强CDP道集中地震道之间子波波形的一致性，增强CDP叠加的效果，改善CDP叠加的质量。

2）基本原理：

第一步：将地震记录分解为4个分量的褶积

第二步：

第三步：每个地震道对应一个方程，利用对每个频率成分进行

炮点、检波点、炮检距和中心点分解，并将所有频率成分合在一起得到

第四步：

第五步：

第四章动校正及叠加

1、正常时差概念：由于炮检距引起的非零炮检距与零炮检距的反射时间之差

2、动校正概念：将不同炮检距的反射时间校正到零炮检距反射时间的过程

3、动校正目的：消除炮检距对反射波旅行时的影响，校平共深度点反射波时距曲线的轨迹，增强利用叠加技术压制干扰的能力，减小叠加过程引起的反射波同相轴畸变

4、动校正量的计算：

5、动校正中“动”的概念：同一地震道上不同反射时间的动校正量不同

6、动校正量与哪些因素有关，怎样有关？

7、动校正拉伸的概念：地震记录上的子波由若干离散点组成，在动校正过程中，各个离散点动校正量不同，动校正之后的子波将不再保持原来的形态，子波形态发生相对畸变。

8、为什么会发生动校正拉伸？由于在动校正过程中，各个离散点动校正量不同，因此动校正之后的子波形态会发生相对畸变。

9、动校正拉伸克服（解决）方法：采用外切除方法，即对拉伸系数大于某个百分比的地震数据进行切除，共中心点叠加在切除之后的道集上进行。

10、拉伸系数的计算：

其中分子为正常时差（动校正量），分母为自激自收时间。

11、简述动校正处理中过校正和欠校正的原因：如果动校正采用的速度低于正确的动校正速度，计算得到的动校正量偏大，动校正后的同相轴上抛，出现过校正；如果动校正采用的速度高于正确的动校正速度，计算得到的动校正量偏小，动校正后的同相轴下拉，出现欠校正。

12、动校正与叠加的关系（对叠加的影响）：只有当采用正确的动校正速度时，才能校平共深度点反射波时距曲线的轨迹，从而才能提高叠加质量。而无论过校正还是欠校正都会降低叠加质量，从而降低信噪比。

第五章静校正

1、静校正概念：消除因激发条件和接收条件变化（主要是由于地表高程变化和近地表低、降速带厚度、速度变化造成的）对反射波所引起的时差，这个过程称为静校正。

2、低、降速带概念：在地表附近的一定深度范围内，地震波的传播速度往往要比它下面的

地层地震波速低得多，这个深度范围内的地层称为低速带。在某些地区低速带与高速带之间，还有一层速度偏低的过渡区，叫降速带。

3、静校正目的：获得在一个平面（参考基准面）上进行采集且没有风化层或低速介质存在时的反射波到达时间，消除地震记录中与空间位置及近地表层厚度和速度变化有关的不同反射波时差影响，从而提高地震成像精度。

4、参考基准面概念：地震数据被校正到某一基准面上，消除了地表起伏和风化层横向变化的影响，后续地震处理工作就好像地震数据是在此平面上采集的。这一基准面即为参考基准面。

5、浮动（中间、CMP叠加）基准面概念：是通过对一个或几个CMP道集所涉及的静校正量进行平均，得到的一个假想基准面，它是一个时间基准面，类似于对基准面曲线进行空间滤波。

6、静校正概念中“静”的含义是：地震道的静校正时差与反射时间无关，无论是浅层反射，还是深层反射，整个地震道只有一个静校正量.

7、地震道的基准面校正包括炮点基准面校正和检波点基准面校正两部分，如果地震记录采用的是井下激发，炮点静校正还应包括井深校正。

8、基准面校正的公式及参数含义：

各参数含义在此不再赘述。

9、初至折射静校正：主要掌握水平风化层折射静校正和加减法折射静校正

在风化层底面水平的情况下，利用直达波的斜率计算风化层速度，利用折射波斜率计算基岩速度，并延长折射波到零炮检距地震记录，得到折射波的截距时间，由此计算风化层厚度，进而得到基准面静校正量。

10、地表一致性剩余静校正

1）地表一致性模型含义：某一地震道的静校正量只与炮点和检波点的地表位置有关，也就是说，共炮点道集有着相同的炮点静校正量，共检波点道集有着相同的检波点静校正量，而与地震道的炮检距、地震波的入（出）射角等因素无关。

2）假设条件：

a、地表一致性假设

b、地震波垂直入（出）射

c、地表有风化层覆盖（由于风化层的速度比下伏地层速度低得多，按Snell定律，则使得不

同角度的入射波在风化层内多以近似垂直的路径传播）

3）实现步骤：

a、首先拾取每个地震道的时差；

b、对时差进行分解，得到炮点和检波点的剩余静校正量；

c、在每个地震道上应用炮点和检波点的剩余静校正量。

第六章速度分析

1、速度谱概念：地震波沿不同速度的叠加（或相关）能量相对扫描速度的变化。

2、速度谱的制作方法：首先选定一系列双程垂直反射时间，对于每个双程反射时间再选定一系列的动校正速度，反射时间和动校正速度可以是等间隔的，也可以是不等间隔的，双程垂直反射扫描时间和动校正扫描速度应该包括所有反射时间和可能的均方根速度，计算每个网格点上的平均振幅，将平均振幅以某种便于速度分析的形式显示出来，就得到了用于速度分析的速度谱。

3、速度谱的主要显示方式：

1）时窗排列图速度谱：绘出每个垂直反射时间上振幅随速度的变化曲线，并把这些曲线按照垂直反射时间从小到大的顺序排列

2）等值线速度谱：把速度谱网格上的振幅值以等值线的方式连接起来

4、影响速度分析的因素：

⑴炮检距分布：当速度分析的共中心点道集中缺乏大炮检距地震道意味着缺乏速度分析所必须的时差信息，速度谱能量的聚焦性变差，速度谱分辨率降低；而当速度分析道集中缺乏小炮检距地震道时，大炮检距处动校正拉伸降低了速度分析信号的相关性，拉伸切除降低了速度分析的有效道数，同时小炮检距的缺乏还会导致自激自收时间的漂移。因此，速度分析道集的炮检距应该远近兼顾、均匀分布。

⑵叠加次数：过低的叠加次数无法保证速度谱的质量，针对这一情况，一般采用利用相邻几个面元组成“宏”面元进行速度分析。

⑶信噪比：过低的信噪比会降低速度分析的质量，因此应尽量选择信噪比较高的道集，必要时应首先对速度分析的地震道进行噪声压制处理。

⑷切除：受动校正拉伸切除影响最大的是浅层地震反射，浅层反射对速度非常敏感，因此应仔细选择切除参数。

⑸速度采样密度：速度采样过稀会降低速度分辨率，影响速度分析精度。

⑹时窗宽度：时窗长度应等于或大于反射信号的延续长度，因为反射信号的延续长度是时变的，时窗也据此而定。

⑺相干属性的选择

⑻近地表异常：地表异常产生的静校正问题对速度分析影响较大，短波长剩余静校正严重影响叠加效果，长波长静校正容易产生速度异常。

⑼数据的频谱宽度：频带越宽，响应越尖锐，速度分辨率越好。

第七章偏移

1、偏移处理的目的和常用方法？

1）目的：使倾斜反射归位到它们真正的地下位置，并使绕射波收敛，使地震剖面更好地展示地下构造的空间形态和接触关系，从而提高地震勘探的横向分辨率。

2）常用方法：时间偏移、深度偏移、叠前偏移、叠后偏移、克希霍夫积分法偏移、波动方程偏移。

2、什么是DMO？影响DMO的主要因素有哪些？

1）DMO是倾角时差校正，通过DMO能得到自激自收零炮检距地震剖面。

2）主要因素有：炮检距、倾角、反射界面深度、地震波速度，炮检距越大，倾角越大，反

射界面越浅，地震波速度越低，校正量越大。

3、什么是爆炸反射界面模型？

它是最常用、最简单的一种成像原理。该原理把地下反射界面想象成具有爆炸性的物质或者爆炸源，爆炸源的形状、位置与反射界面的形状和位置一致，它所产生的波为脉冲波，其强度、极性与界面反射系数的大小和正负一致。并且假设在时刻，所有的爆炸反射界面同时起爆，发射上行波到达地面各观测点。若利用波动方程将地面观测的地震波场向下反向延拓，则时刻的波场值就正确地描述了地下反射界面的位置，实现地面记录的偏移成像。

4、简述三种叠后波动方程偏移方法的优缺点。

1）有限差分波动方程偏移是求解近似波动方程的一种数值解法。近似解能否收敛于真解，与差分网格的划分和延拓步长的选择有很大关系，特别当地层倾角较大、构造复杂时，网格剖分直接影响着近似解的精度，一般而言，网格剖分越细，精度越高，相应的计算量越大。另外，所采用的近似波动方程的级数越高，求解的精度越高，但是，用有限差分法求解高阶偏微分方程存在着不少实际困难。与其它两种偏移方法相比，有限差分法在理论和实际应用上都比较成熟，输出偏移剖面噪声小，由于采用递推算法，在形式上能处理速度的纵、横向变化。缺点是受反射界面倾角的限制，当倾角较大时，产生频散现象，使波形畸变，另外，它要求等间隔剖分网格。

2）克希霍夫积分法偏移建立在物理地震学的基础上，它利用克希霍夫绕射积分公式把分散在地表各地震道上来自于同一绕射点的能量收敛到一起，置于地下相应的物理绕射点上。该方法能适用于任意倾角的反射界面，对剖分网格要求较灵活。缺点是难于处理横向速度变化，偏移噪声大，“划弧”现象严重，确定偏移参数较困难，有效孔径的选择对偏移剖面的质量影响较大。

3）与有限差分法和克希霍夫积分法相比，频率－波数域偏移不是在时间－空间域，而是在与之对应的频率－波数域进行。它兼有有限差分法和克希霍夫积分法的优点，计算效率高，无倾角限制，无频散现象，精度高，计算稳定性好。缺点是不能很好地适应横向速度剧烈变化的情况，对速度误差较敏感。

中国石油大学（北京）

勘查11-1班

邓智勇总结