地震勘探频谱及分辨率简述
高分辨率地震勘探综述 (2)
高分辨率地震勘探综述摘要高分辨率是地震勘探的一个重要研究方向，涉及地震数据采集、处理和解释等各个方面。
在回顾高分辨率地震勘探发展历程及存在问题的基础上，重点阐述了高分辨率的评价机制，并对近年来发展的高分辨率方法原理及应用实例进行了详细介绍。
高分辨率是一个系统工程，实际生产中的各个环节都有可能对分辨率造成影响，因此，高分辨率不仅仅局限于某个单独的技术，需要同时发展采集、处理和解释各方面的技术，尤其是借鉴交叉学科的新方法。
关键词：采集；处理；解释；高分辨率；评价机制1 概述1.1 高分辨率勘探的目的及技术发展历程地震勘探是一种应用地震波在地下介质中的传播来对地下地质构造和岩性进行测量的技术，经过近一个世纪的发展，该方法已经成为最有成效的油气勘探物探方法。
纵观地震勘探的发展历程，高分辨率一直是科研、生产的重点和难点。
诚然，高分辨率地震勘探是一个系统工程，从地震资料采集、处理到解释，每一个环节都对分辨率有着重要的影响。
虽然采集、处理和解释分属不同的环节，考量高分辨率的角度也有所不同，但三者是有机联系的。
首先，野外地震数据的采集质量直接关系着地震勘探的成败，只有在采集质量得到保证的前提下，处理技术（诸如静校正、拓频和压噪技术等）才有发挥的空间，而地震处理得到的剖面又是解释的基础，解释成果则是高分辨率地震勘探的最终目标，三者环环相扣，紧密联系；其次，采集、处理和解释的方法也是相互影响和促进的，例如，采集观测方式的改变有可能对处理方法或参数提出新的要求（如可控震源采集对处理提出了谐波压制的要求等），解释方法的突破也有可能对处理提出新的标准（如A VO解释技术要求处理方法具有高保真度等）。
在阐述高分辨率地震勘探之前，有必要先介绍一下分辨率的概念及主要影响因素。
地震勘探分辨率是基于地震测量技术对地下构造进行空间测量的精度描述，在反射波地震勘探中可以概括如下：可分辨的最小地质体的厚度或最窄地质体的宽度，前者称为垂（纵）向分辨率，后者称为横向分辨率[1-2]。
高分辨率地震勘探
第一节 高分辨率地震勘探概述
1）高分辨率？ 2）如何识别分辨率？
从剖面 中如何 看分辨 率高 低？？
第一章 高分辨率地震勘探
第二节 地震勘探分辨率
地震勘探分辨率
垂直分辨率 水平分辨率
第一章 高分辨率地震勘探
第二节 地震勘探分辨率
一、地震勘探分辨率的概念、准则
1、垂直分辨率
当反射体半径小于这个范 围则不可分辨，大于这个范 围反射波才可分辨。
L1
1 h
2
h
R3
R2
R0
R1
第二、三Fresnel带
第二Fresnel带中各点对应的传播时间与 中心点传播时间差在1/2-1周期间；
第三Fresnel带中各点对应的传播时间与 中心点传播时间差在 1-3/2周期间；
第四。。。。
几点重要结论：
从地震记录上一般不能辨认出反射界面的位置，也看 不出有多少反射界面；
地震记录上不能看出子波的形状； 地震记录上某个波峰、波谷不一定能代表某个反射界
面； 由波峰或波谷的幅度大小一般不能确定反射系数的大
小和符号（极性）； 压缩子波长度是提高纵向分辨率的关键。
第一章 高分辨率地震勘探
第一章 高分辨率地震勘探
第二节 地震勘探分辨率
（2）其它因素
层间多次波
R R R R
（a）入射波
（b）反射波 层间反射示意图
第一章 高分辨率地震勘探
第二节 地震勘探分辨率
三、分辨率与信噪比的关系
地震记录上有各种噪声，例如面波、声波、 随机干扰、多次波等，这些噪声大大的影响了 地震记录的分辨率。所以要提高分辨率，首先 要消除噪声，提高信噪比。
λ＝VT，当地层厚度为λ/4时，顶、底反射同相叠 加，振幅产生极大值，这时的地层厚度叫调协厚度，这 也是反射分辨率的极限（书上这么说）。
地震勘探
Rayleigh defined the vertical resolution as being about λ/4. Ricker used a slightly different criterion, which resulted in a slightly smaller resolvable limit. Widess also used a different criterion of λ/8.
Resolution refers to the minimum separation between two features such that we can tell that there are two separate features rather than only one. With respect to seismic waves we may think of how far apart two interfaces must be to show as separate reflectors.
二、地震波的横向分辨率(Horizontal Resolution)
在煤矿开采过程中，人们往往更需要了解煤层的横向变化情况，如断层、尖灭、冲刷带等等。这意味着地震资料应具有较高的横向分辨率，而这经常
第四章 地震资料的解释 来自Interpretation of Seismic Data
第一节 地震分辨率
Resolution
地震分辨率是可分辨的最薄地层厚度或最窄的地质体宽度，前者称为纵向分辨率，后者称为横向分辨率。
一、地震波的纵向分辨率(Vertical Resolution)
纵向分辨率是指沿地层垂直方向所能分辨的最薄地层的厚度。以煤层为例，纵向分辨率就是刚好分开煤层顶、底界面反射波的极限厚度或双程旅行时间。 Rayleigh、Ricker、Widess根据自己的研究提出了不同的准则，这三种纵向分辨率准则并不存在根本差异。Rayleigh准则和Widess第一准则分别用λ/4和λ/8作为纵向分辨率，而Ricker准则介于二者之间。
地震勘探频谱及分辨率简述
地震波水平最大分辨率 菲涅尔带 在O点自激自收，子波在 OR1与
OR0之间反射的时间差是半个周期， 认为R0R1半径内的信号能够互相加强， 小于R0R1半径的地质体在地震剖面上 无法识别。
R0R1= 0.5λh
f=
Vh 2（R0R1）2
频率与地质体半径的平方成反比
振幅
主频
频率
地震子波一般为零相位子波，能量集中在中央主瓣上， 其频谱成份宽，地震分辨率高
频谱
振幅
时间
越窄的脉冲，频谱越宽 （也可以这么认为：合成该脉冲需要的简谐波越多） 所以地震勘探也可以这样理解，多个简谐振动在同一地点，同一时间，同一速度往 同一方向传播，这些简谐振动遇到地层界面后反射回来，由检波器接收，形成地震 记录。所以子波的频谱决定了地震记录的频谱范围（类似于蓝光照射到镜子上反射 回来不可能成为红光，也不可能比原来的光照强）。
物探原理 地球物理研究偏重于数学算法，而忽略了本身的物理意义，本人从理论出发， 结合研究实际，探讨一下地震资料分析及运用方面的一些看法 首先简单描述下地震激发接收过程
地震勘探原理 (2)精选全文
Impedance Inversion 反演成波阻抗或积分地震道
Interpretation 解释——层位标定、砂层追踪及厚度推算等等
4
二、分辨率的基本概念
1. 严格的分辨率定义
要使两个地震波完全分开，必须两个子波脉冲的包络完全分开，如果两 个子波的包络连在一起，必然互相干涉，两个波的振幅、频率必然含糊不清 。 Knapp认为：垂向分辨率应该用地震子波脉冲的时间延续度来定义。
t
1 2.3 f
f ：地震子波视频率（主频）
厚度分辨率： zR
z
v tR 2
*
4.6
zR ：可分辨厚度 如 V=3000m/s f =30Hz
所以 zR =22m
以上公式假定了地震子波是理想的雷克子波。 在上述分辨厚度时，相邻两个雷克子波的过零点互相重合。 最小相位子波和混合相位子波可分辨厚度更差。 Rayleigh 指出：“一个反射波的分辨率的极限是 1/4 波长。”
60Hz的包络相同，但子波振动相位数却不同。
(2)相对频宽
f2与f1相除称为相对频宽R，即 R= f2/f1 或倍频程数：OCT=3.32Log10(f2/f1)。 倍频程相同（即相对频宽相同），波形是相同的，只是波形的胖瘦不同，因此分辨率
不同。
如： 10—40Hz B=30 R=4 胖
20—80Hz B=60 R=4 瘦，分辨率高
当然比较简单，有时 10—30Hz 曲线似乎也反映得不错，但是当砂泥岩互层比较复杂时，频宽 就十分重要了。
40―50Hz的曲线频带太窄，根本不能反映砂层的存在，而40―160Hz的曲 线虽然绝对频宽很宽，但对模型的反映也很差，因为缺乏低频。
结论：分辨率与频宽成正比这句话虽然不错，但是并不能光看频宽数值愈大 愈好，还要注意不要丢掉低频成分，那种丢掉低频成分的，表面上看来主频 较高的分辨率是假分辨率。
地震勘探原理03第二章 地震信号的频谱分析
u1(t)=Acos(ωt+α)
A, ω, α 振幅，频率和初相位 u1(t)=Acos(ωt+α) ＝ A【cosωtcos α－sin ωtsin α】
＝acos ωt＋bsin ωt
其中，a＝Acos α, b=-Asin α
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第三节 频谱资料的获得与整理 一 获得信号的频谱的方法简介 1 连续信号f（t）的频谱F（ ω）
F ( ) f (t )e
j . .t
dt
2
离散
二
地震频谱资料的计算，整理和显示中的一些问题
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主频 0 频带宽度＝ 2 1
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第四节 地震频谱的特征及其应用
一 基本概念
频谱分析：frequency spectral analysis
就是利用傅立叶方法对振动信号进行分解并进而对 它进行研究和处理的一种过程 傅立叶：Fourier
1 it F ( ) f ( t ) e dt 2 1 it f (t ) F ( ) e d 2
u(t ) S ( )e
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五 设
褶积定理 u1(t) u2(t) S1(ω) S2(ω)
u1 ( )u2 (t )d S1() S 2()
u1 (t )* u 2 (t ) u1( )u 2(t ) d
两个函数褶积的频谱等于它们的频谱的乘积
《地震勘探原理》第2章地震信号频谱分析
二、线性叠加定理
设有N个函数 u1 (t ),u2 (t ),u N (t )
S1 (), S 2 (), S N () 分别是 u1 (t ), u 2 (t )u N (t ) 的频谱。
a1u1 (t ) a2 u 2 (t ) a N u N a1 S1 ( ) a2 S 2 ( ) a N S N ( )
2、激发条件对地震波频谱的影响
药量大，频谱向低频方向移动； 岩石致密，频谱向高频方向移动。
3、不同类型的反射波频谱有差异
同一界面的反射纵波比反射横波频率较高，原因主要是横波 高频成分被吸收严重。
4、相同类型的反射波随传播 距离增加，频率降低
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第三节 地震波频谱的特征和应用
二、地震勘探中频谱的应用
fs f
2
f s 时，有
fa f fs
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第三节 地震波频谱的特征和应用
四、线性时不变系统
在信号的传递过程中，所涉及的是一个信号系统，多 数情况下，以知道信号的激发(输入)和接收(输出)，中 间过程是未知的。 这个系统实质是一个滤波系统。
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第三节 地震波频谱的特征和应用
线性时不变系统具有如下的特点：
地震勘探原理
第二章 地震信号的频谱分析
第一节 频谱分析概述 第二节 傅立叶展式的重要性质 第三节 地震波频谱的特征和应用
1
第二章 地震信号的频谱分析
第一节 频谱分析概述
所谓频谱分析，就是利用付立叶方法来对振动信号进行分解并 进而对它进行研究和处理的一种过程。
一、频谱的基本概念 1、频谱(Spectrum):
bn u(t ) sin ntdt
T 2 T 2
地震分辨率概要
地震分辨率1分辨率的定义分辨能力是指区分两个靠近物体的能力。
度量分辨能力的强弱通常有两种方式：一是距离表示，分辨的垂向距离或横向范围越小，则分辨力越强；二是时间表示，在地震时间剖面上，相邻地层时间间隔Δt 越小，则分辨能力越强。
为了利于理解，采用时间间隔Δt 的倒数为分辨率（resolution ），采用相对值表示。
地震勘探的分辨率，要使两个地震波完全分开，必须两个子波脉冲的包络完全分开，如果两个子波的包络连在一起，必然互相干涉，两个波的振幅、频率必然含糊不清。
2地震分辨率的分类地震分辨率包括垂直分辨率、水平分辨率和广义空间分辨率。
2.1垂直分辨率垂直分辨率是指地震记录或地震剖面上能分辨的最小地层厚度。
2.1.1波形分辨率Knapp 认为，相邻两个子波波形或波形包络在时间域可以完全区分，称为波形分辨率（厚层分辨率）。
分辨率与层厚度、频率的关系：子波延续时间：t nT n V λ∆== 顶底反射波时差：2h V τ∆=∆上式n 为子波延续时间的周期数，λ为子波波长，V 为子波在地层中的速度，h ∆为层厚度。
（1） 若t τ∆<∆，则不可分辨； （2） 若t τ∆>∆，则可分辨。
欲分辨该地层，则需t τ∆>∆，即2h V n V λ∆>，则：2h n λ∆>。
可以看出垂向分辨率主要取决于子波的波长（频率）和延续时间的周期数。
子波分类：（1） 分类（能量特征、Z 变换多项式的根） 最小相位子波：能量集中前部、根位于单位圆外 混合相位子波：能量集中中部、根位于单位圆内与圆外 最大相位子波：能量集中尾部、根位于单位圆内（2） 零相位子波（a ） 相位等于零的子波（b ） 关于t=0时刻对称的，物理不可实现的（c ） 典型的零相位子波：雷克子波（Ricker wavelet ） 时间域：()()()2212t f m w t m t f e ππ-⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦频率域：()22f w f f m m f e f -⎛⎫ ⎪=⎪⎝⎭⎛⎫⎪⎭相位：()0f ϕ=2.1.2时间分辨率利用复合反射波的振幅和波形变化特征指出，两个子波的波形可以部分重叠。
地震勘探2 2
阶跃台阶即以2的整数次幂跳变；三、记录系统地震数据经模数转换为数字形式，记录在磁盘上。
第五节地震勘探的分辨率一 、垂向分辨率1．用地震记录沿垂直方向所能分辨的最薄地层的厚度；2．由图3.5.1，当来自顶、低反射波的时差 τ小于地震子波的延续时间Δt时，顶、低界面的反射波才能分开；，因此，τ<tΔ是顶、低界面的反射波能否分开的条件。
1．当地层厚度 Δh>λ/4 时，才能由波形特征分辨夹层顶、低界面的存在； 2．当地层厚度 Δh<λ/4 时,称为薄层，不能由波形特征分辨夹层顶、低界面的存在；3．在地层厚度 Δh=λ/4 时，出现相对振幅的极大值，这种现象称为薄层的调谐效应。
此时的地层厚度称调谐厚度，利用调谐效应可以分辨四分之一波长的波层的厚度。
见图3.5-22.横向分辨率1．指沿横向方向所能分辨的最小地质体的尺寸；2．第一菲涅尔带：地表点震源发出的球面波到达界面时的波前面，与前面相距1/4波长先期到达的另一波前面在界面上形成的圆称第一菲涅尔带； 3．在频率较高时，第一菲涅尔带半径为)3.5.3(2cf tv r =4．如果地质体的水平宽度a 满足不等式)4.5.3(ra <则这样的地质体相当于一个点的绕射，不能分辨该地质体的存在；5．第一菲涅尔带半径随频率增高而减小，随勘探深度增大而增大，因此不能撇开地质体的埋深而谈分辨率问题。
6．下图是砂岩体模型宽度与其对应的地震响应，对于大于菲涅尔带的反射段，显示的反射图形与反射段的形态一致，对于小于菲涅尔带的反射段，地震反射特征发生变化，呈现点绕射型效应、振幅随岩层横向宽度的减小而降低。
3. 对影响分辨率的几个因素的讨论无论是垂向分辨率还是横向分辨率，都是与子波的频率成分、频带宽度和相位特征等因素有关，子波的波长越短，分辨率越高，频带越宽，分辨率越高，在频谱相同的情况下，零相位子波具有较高的分辨率，这是因为零相位子波，频带较宽，振动延续时间最短所致。
地震勘探的高分辨率技术
地震勘探的高分辨率技术编者按本文是石油科技情报研究所为石油部大庆科委提供的专题咨询调研项目之一，信号波峰幅值平方主要是针对松辽盆地油气勘探中存在的实际问题，搜集了一些国外有关的技术资料编写而成，对于我国其它探区也具有一定参考价值。
在我国各大探区，譬如说，松辽盆地的油气勘探中，不论是浅层薄泥砂互层、“三小”（小背斜、小断块，小砂体）构造还是深层古潜山构造、基岩断裂带、大三角洲砂体等隐蔽油气藏的勘探皆迫切需要提高地震法纵（垂）、横向的分辨能力。
在调研近十多年来有关的文献虽不少，但因其论述观点、出发角度与目的对象皆各有不同，只有根据我国探区的实际需要，将有关成果归纳一下，分为以下三个方面作一介绍。
过程中曾获得大庆物探公司技术领导的帮助，在此表示感谢。
第一部分 模式分析模式分析主要依靠数学运算与简化物理模型以合成记录与试验分析作为手段，针对在各种波阻抗结构下，薄层（包括互层）、楔形体、透镜体断块及其各类组合体的地质模式进行实验室的分析研究，从理论上为提高地震分辨率的有利因素、有效途径及可能性提供了依据。
为使模试结果具有指导意义，模式分析中要作出若干基本符合实际的简化假设（如假设薄层所在上、下介质的密度不变、泊松比值为常数、震源子波恒定等），忽略某些非关键性参数的影响（如吸收和扩散引起的衰减、多次反射等），围绕几个主要参数（如界面上、下的波速比值、目的层厚与深度等），模拟几种具有代表性的单元地质结构（如尖灭、透镜体、薄层、小断块等）进行大量实验与分析，现已取得不少成果。
一、影响分辨率关键性因素的分析纵向分辨率是区分薄层的能力，而横向分辨率是区分横向波阻抗细节变化的能力，如分出断层、河道、岩性异体和断裂带等。
噪比值、子波频谱宽度与上限频率、相位谱和波谱形状等；纵向分辨率主要取决于信笼统地说，也就是优势信噪比信息的频带宽度；而横向分辨率除受上述因素的影响之外，检波点距与偏移速度的准确度也很重要。
噪比值、地震子波频谱下面首先着重分析一下影响纵向分辨率的几个关键性因素：信，在不计噪声的情况下是：为纵向分辨率宽度、上限频率、相位谱、波谱形状以及相互之间存在的相互影响。
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高频衰减
A
高频信号
频率f不变
t
同样时间内经历周期多 高频衰竭快 A
低频信号 t
经历周期少 低频衰竭慢 V=λ·f 1 S
A 传播过程
A∝
S
波长
传播距离首先取决于能量，能量大，传播远 低频如撞钟声，能量大，传播远，以同样的能量去撞一面锣，声音尖锐，但传播近
振幅
高频衰减
振幅
主频
频率
简谐振动的特点，传播过程中频率不变，随着传播介质变化， 振幅和波长会发生变化 注意：衰减是波的振幅属性，频率未发生变化
V=λ·f
A∝
1 S
随着地层压实和成岩作用，地震波传播速度变大，导致波长变
大。同时振幅与传播距离成反比，地震波能量减少。
地震分辨率随深度增加而降低
1、地震波长变大 2、地震波能量变小 3、高频成份衰减
频率、波长与分辨率 地震波垂直最大分辨率 h > λ 4 一般分辨率 h >
λ 2
地震波在某一层岩层中的传播速度是一定的 V V=λ·f h> 2f 所以子波中的高频成份越多，λ值就越小，能够分辨的层厚h就越薄
频谱
振幅 ① ① ② ④ ③ 频率 振幅
理论上
子波 地震记录
②
实际上
子波 地震记录
实际地震剖面经 过叠加，深部能 量增强等处理， 振幅会有变化， 但频率属性不变
③
④ ③ 简谐振动特点，传播过程中频率不变
① ②
频率
地震波传播过程中会损失能量（振幅）
④
理论上地震记录各频段能量均匀减少，实际上高频成份衰减更快 高频成份振幅衰减后，该部分子波能量不复存在，其频率成份也 随之消失，从而导致实际的频谱变化趋势—深度增加，主频降低
物探原理 地球物理研究偏重于数学算法，而忽略了本身的物理意义，本人从理论出发， 结合研究实际，探讨一下地震资料分析及运用方面的一些看法 首先简单描述下地震激发接收过程
检波器记录
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
地震激发产生一个脉冲信号，该信号在传播 过程中称为子波 子波在传播过程中遇到地层界面就会产生反 射，用检波器采集反射信号，从而形成了一道 地震记录，运用该地震记录就能研究地下地层 信息（声波测井合成记录就是用褶积算法模拟 该过程）
振幅
主频
频率
地震子波一般为零相位子波，能量集中在中央主瓣上， 其频谱成份宽，地震分辨率高
频谱
振幅
时间
越窄的脉冲，频谱越宽 （也可以这么认为：合成该脉冲需要的简谐波越多） 所以地震勘探也可以这样理解，多个简谐振动在同一地点，同一时间，同一速度往 同一方向传播，这些简谐振动遇到地层界面后反射回来，由检波器接收，形成地震 记录。所以子波的频谱决定了地震记录的频谱范围（类似于蓝光照射到镜子上反射 回来不可能成为红光，也不可能比原来的光照强）。
地震波水平最大分辨率 菲涅尔带 在O点自激自收，子波在 OR1与
OR0之间反射的时间差是半个周期， 认为R0R1半径内的信号能够互相加强， 小于R0R1半径的地质体在地震剖面上 无法识别。
R0R1= 0.5λh
f=
Vh 2（R0R1）2
频率与地质体半径的平方成反比
二个要点： 1、地震子波，也就是激发条件 2、界面反射系数，也就是不同地层的波阻抗差 简单的自激自收模型
频谱
傅里叶变换能将符合条件的脉冲信号分解为多 个简谐信号，反之可以认为该子波信号是多个简 谐信号的叠加，这是我们开展地震属性分析的前 提。 地震记录是子波到达地层界面后反射形成的一 连串振动记录，也可以分解为多个简谐信号，以 振幅为Y轴，频率为X轴，绘制频谱图，从而研究 地震记录的频率成份