2 射线追踪法合成地震记录
人工合成地震记录作业
人工合成地震记录程序设计（一）、人工合成地震记录原理：地震记录上看到的反射波波形是地震子波在地下各反射界面上发生反射时形成的。
反射波的振幅有大有小（决定于界面反射系数的绝对值）、极性有正有负（取决于反射系数的正负）、到达时间有先有后（取决于反射界面的深度）的地震反射子波叠加的结果。
如果地震子波的波形用S (t )表示，地震剖面的反射系数为双程垂直反射时间t 的函数，用R (t )表示，那么反射波地震记录形成的物理过程在数学上就可以用S (t )的R (t )的褶积表示，即某一时刻的反射波地震记录f (t )是:)()()(t R t S t f *=其离散形式为：))(()()(1t m n R t m S t n f M m ∆-⋅∆=∆∑=如果大地为多层介质，在地面记录长度内可接收的反射波地震记录为：))(()()(11t m n R t m S t n f Mm N n ∆-⋅∆=∆∑∑== 式中，n 为合成地震记录的采样序号，n =1,2,3...N ；N 为合成一道地震记录的采样点数；m =1,2,3...M ，为离散子波的采样点数；△t 为采样间隔。
这种褶积模型将地震波的实际传播过程进行了简化：1、在合成地震记录的过程中没有考虑大地的吸收作用，所有薄层的反射波都与地震子波的形式相同，只是振幅和符号不同。
2、假设地震波垂直入射到界面上，并原路径返回。
3、假设地层横向是均匀的，在深度（纵向）方向上假设密度为常数，只是速度发生变化。
4、不考虑地震波在传播过程中的透射损失。
（二）、人工合成地震记录的方法1、 反射系数序列在有速度测井资料的情况下，可以用速度曲线代替波阻抗曲线，计算反射系数序列。
在没有速度资料的情况下，可根据干扰波调查剖面分析的结果设计地质模型。
如设计的地质模型如图a 所示，图中H 为层厚度，V 为层速度，根据下式计算反射系数： 11)(--+-=N N N N N V V V V H R 式中H 为反射界面的深度，N 为反射层序号，随深度变化的反射系数序列如图b 所示。
合成地震记录制作
我们知道计算合成地震记录的基本原理是,合成地震记录=子波与反射系数的褶积所以需要子波和反射系数.但是用于计算的数据一般是深度域的,要转换到时间域来必须有时深关系.所以.需要的数据:时间/深度关系数据:checkshot或者DT,用于计算反射系数的数据,一般是DT和密度(RHO B).基本步骤:1, 加载数据:如果是斜井的话,加载井斜,计算出SSTVD,设置成Prefered DS(deviation survey);如果有来自VSP或者其他可信渠道的时深关系的话加载进来,叫checkshot,就是时间,深度关系对,用于提供时深关系;加载DT,RHOB曲线;2,数据质量检查:查看checkshot数据覆盖范围,和品质;查看DT,RHOB曲线的品质,如果不好需要用well-edit或者synthetics里带的一些功能进行编辑.DT,RHOB曲线应该是做过Depth match,需要拼接的话是splice好的.3,制作合成地震记录:点击Post,依次选择时深关系,声波曲线,密度曲线(如果没有密度曲线或者品质不好也可以使用经验公式来代替),声波阻抗,反射系数,子波,合成地震记录,地震数据.软件完全是根据原理走的,如果时深关系没选,后续工作无法开展,如果没有DT,密度,就无法生成声波阻抗和反射系数...软件自带有Ricker30经验子波.如果效果不好可以自己提取子波,也可以使用时变子波.4,对比合成地震记录和井旁道实际地震记录,通过bulkshift或者拉伸压缩来调整时深关系.有时需要用c heckshot来校正DT.一般可能先使用Ricker30子波试一下,看看大致情况,如果效果不好,再尝试提取子波.这是一个反复实验的过程.合成地震记录的品质和制作的数据来源的品质有关,对比的好坏和实际地震数据的品质也有关系.总是实际情况总是复杂的.。
人工合成地震记录-2 GeoFrame
实验1_合成反射地震记录 [兼容模式]
![实验1_合成反射地震记录 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/a589294ab307e87101f696bd.png)
地震反射
地震反射的振幅谱特征
复杂地质模型的反射地震记地震记录，N=256
振幅谱
相位谱
雷克子波（Ricker Wavelet）
w t 1 2 f t e
2 2 2 m
2 2 2 f m t
其中：fm表示雷克子波的主频。
Ricker子波，fm=60Hz，N=31， ts=1ms
简单地质模型的反射地震记 录合成及谱分析：
含双反射界面的地质模型 Time Thickness=18ms
合成反射地震记录及谱分析基础实验
在地震勘探中，接收到的地震信号可看成是发射的震 源子波受大地滤波后得到的结果，因此，反射地震信号 （记录）可表示为地震反射系数与震源子波的卷积，即
s t r t w t
其中：s(t)为反射地震信号或地震记录，r(t)表示地震 反射系数，w(t)为震源子波，t表示时间，根据傅里叶变换 的卷积定理，在频率域，地震信号的频谱可表示为地震反 射系数与震源子波两者频谱的乘积，即
S R W
其中：S(ω) 、R(ω) 和W(ω)分别表示为地震记录、地震反射系数和震源子 波的频谱。
对于地震波垂直入射的情况，不产生转换波，地震纵 波的反射系数可简化表示为
r
V p 2 2 V p 1 1 V p 2 2 V p1 1
其中，V,ρ分别表示地层的纵波速度和密度，下标1，2分 别表示相邻的上一地层和下一地层。可简化表示为 在人工合成地震记录时，常利 用雷克子波作为震源子波，如下 式
合成地震记录
应用合成地震记录来标定地震层位是地震资料解释中非常重要的手段，也是将地震资料与测井资料相结合的一条纽带。
它最终使抽象的地震数据与实际的地质模型连接起来，为地震资料解释的可靠性提供了依据。
合成记录的精度将直接影响到地震地质层位标定的准确性，因此，提高合成记录的精度就成了地震层位标定的首要问题。
１合成记录的方法原理１．１合成地震记录制作的一般方法一般而言，人工合成地震记录，是利用声波和密度测井资料求取一反射系数序列，再将这一反射系数序列与某一子波反褶积得到结果。
Ｓ（ｔ） ＝ Ｒ（ｔ） ＊ Ｗ（ｔ） （１）式中 Ｓ（ｔ） —— 合成地震记录； Ｒ（ｔ） —— 反射系数序列； Ｗ（ｔ） —— 地震子波。
上式表明，合成记录的好坏与反射系数序列的求取和子波的选择有着密切的关系。
反射系数序列的准确性和精确程度又与测井资料（声波、密度）的采集、处理等过程密切相关；子波的选择，则要考虑子波的长度、相位、频率等诸多因素。
在实际工作中，所得到的结果往往不尽人意［１］，主要表现在：（１） 合成地震记录与井旁地震道附近的地震剖面层位不吻合现象较多，或者说同相轴吻合的时窗长度有限；（２） 合成地震记录与井旁地震道附近的地震剖面能量不吻合现象较多，或者说同相轴“胖瘦”程度吻合有限；（３） 合成地震记录与井旁地震道附近的地震剖面存在一定的时移。
其原因主要在于：①子波受地质条件变化的影响，难以给得恰到好处；②深—时转换存在误差；③褶积模型并不能完全准确地反应地震记录；④实际地震记录存在噪声。
１．２实用优化方法１．２．１校正测井数据首先对测井数据进行校正，对反射系数序列进行非均匀采样［２，３］。
１．２．２选择合适的子波（１）子波的类型。
常用的子波有两类，一是典型子波，如Ｒｉｃｈｅｒ、Ｔｒａｐｅｒｉｏｄ子波等；二是提取子波，提取子波一般有维纳—莱文森混相位子波提取法和自相关子波提取法两种［４，５］。
从剖面提取的实际子波制作的合成记录，虽然其合成地震记录层位精细标定应用研究＊洪余刚 陈景山 代宗仰 李凌峰（西南石油学院资源与环境学院，四川省成都市６１０５００）摘 要：通过对合成记录制作的一般方法进行分析，结合研究区实际地质、地震资料，提出合成记录的制作在层位标定中的实用优化方法，强调了子波的提取方法和子波相位引起的偏差。
合成地震记录业务流程
合成地震记录业务流程一、准备工作。
咱得先把相关的数据都找齐喽。
比如说，测井数据那是相当重要的。
就像我们找宝藏得有个地图一样，测井数据就是我们合成地震记录的地图。
这里面包括声波测井曲线、密度测井曲线等。
这些数据就像是一个个小零件，缺了哪个都不行。
而且呀，我们还得确保这些数据的准确性，如果数据错了，那就好比做菜的时候盐当成了糖，做出来的东西肯定不对味。
另外呢，我们还需要有一些地质分层信息，这个就像是房子的框架结构，能让我们清楚地知道不同地层的情况，知道在哪个地层该怎么操作。
二、选择合适的子波。
子波就像是合成地震记录的画笔。
有好多不同类型的子波可以选呢。
我们得根据实际的地质情况和研究目的来挑。
如果是比较简单的地层结构，可能选个简单点的子波就够用啦。
但要是地层情况很复杂，就像一个超级复杂的迷宫一样，那我们就得找个功能强大、能适应复杂情况的子波。
这时候就得花点心思去对比不同的子波，看看哪个画出来的“画”（也就是合成的地震记录）最符合我们对这个地下情况的预期。
三、计算反射系数。
这一步就像是在做数学题，不过是很有趣的那种。
我们要根据前面准备好的测井数据，像声波和密度这些，来计算反射系数。
反射系数就像是镜子的反射率一样，它能告诉我们地震波在不同地层界面上反射的情况。
这个计算可不能马虎，要是算错了，那合成出来的地震记录就会像一个歪歪扭扭的积木塔，一点都不稳定也不准确。
我们得仔仔细细地按照公式来算，就像小心翼翼地搭积木一样，一块都不能搭错。
四、合成地震记录。
好啦，前面的工作都做好了，就到了最激动人心的合成地震记录这一步啦。
我们把选好的子波和计算好的反射系数放在一起，就像把颜料和画笔放在一起准备画画一样。
然后通过一些算法，让它们相互作用，就像魔法一样，一个地震记录就慢慢合成出来了。
这时候我们就像一个小魔法师，看着自己的作品一点点呈现出来。
不过呢，这时候还不能掉以轻心，我们还得检查这个合成出来的地震记录是不是合理。
五、验证与调整。
2合成地震记录
如果考虑密度变化，其反射系数 k ＝(5159×2.61－3747×2.30) / (5159×2.61+3747×2.30) = 0.22 密度对反射系数影响率： (0.22－0.16)/0.22=27％
史 111 井在 3467m 存在一个波阻抗界 面，上为泥灰岩，下为细砂岩，岩芯实验 测定物理参数为：泥灰岩速度 4297m/s ， 密度 2.53；细砂岩速度 4198m/s ，密度 2.21。 如果不考虑密度变化，其反射系数 k ＝(4198ρ－4297ρ) / (4198ρ +4297ρ) = －0.012
2
6 t f p
2
2
fb=fp
与经典Ricker极为相 似，只是显频等于主 频。
统计法提取子波
极性
合成地震记录的应用陷阱分析 合成地震记录一般都不是从地表作起 的，其本身也就很难与地震剖面完全吻 合，且在使用时在大致的层段用相位对比 的方法，选择较为吻合的方案，这样就可 能使解释落入陷阱。可用平均分析方法和 层序或突变性界面的波形对比方法识别陷 阱。
微电极
0
声波时差
Μs/M 200
微电极
0 2 4 ΩM 400
声波时差
Μs/M 300 0
微电极
2 4 ΩM
声波时差
400 Μs/M 300
2ΩM 300
拐点
(a)
(b)
图5-13 不同厚度地层的声波速度测井曲线
(c)
Y120井漂移曲线
声波测井曲线
漂移前后合成记录与地震剖面的对比
·声波测井曲线的环境校正 ----泥浆浸泡对泥岩测井速度的 影响
如果考虑密度变化，其反射系数 k ＝(4198×2.21－4297×2.53) / (4198×2.21+4297×2.53) =－0.08 密度对反射系数影响率： ( -0.08－-0.012)/-0.08=85％
地震合成记录
地震合成记录1. 引言地震合成记录是地震学领域中一项重要的技术手段，用于模拟地震波传播过程。
通过地震合成记录，我们可以了解地震波在地下介质中的传播规律，从而对地震灾害的预测和评估提供有力支持。
本文将详细介绍地震合成记录的基本原理、方法和应用，并探讨其在地震学研究和工程应用中的重要性。
2. 地震合成记录的基本原理地震合成记录是根据已知地震事件的震源信息和地下介质模型，计算出相应的地震波记录。
其基本原理是基于弹性波方程，并考虑地面条件、震源机制、地下介质参数等因素。
具体步骤如下：2.1 确定震源信息首先，需要确定地震事件的震源信息，包括震级、震源深度、震源机制等。
这些信息可以通过地震台网的监测数据、地震目录和震源机制研究等手段获取。
2.2 建立地下介质模型其次，需要建立地下介质模型，包括地震波速度、密度、各向异性等参数。
地下介质模型可通过地震勘探、钻探、地震资料分析等方法得到。
对于复杂地下介质，可以采用层状模型、体积模型等。
2.3 计算地震波传播接下来，利用弹性波方程对地震波进行数值计算。
弹性波方程是描述地震波传播的基本方程，通常采用有限差分法、边界元法、有限单元法等数值方法进行求解。
通过迭代计算，可以得到地震波在不同地点的振幅和到时。
2.4 合成地震记录最后，利用合成地震波的振幅和到时，综合考虑地面条件和观测点的位置，计算出合成地震记录。
合成地震记录通常以地震波形、功率谱、互相关函数等形式呈现。
3. 地震合成记录的方法和工具地震合成记录的方法和工具多种多样。
根据模型的复杂程度和计算效率的要求，可以选择不同的方法和工具。
下面列举一些常见的地震合成记录方法和工具：3.1 时域有限差分法时域有限差分法是地震波数值模拟的一种常用方法。
它基于地震波方程的差分形式，通过迭代求解差分方程，得到地震波的时变分布。
该方法适用于规则和不规则地震波传播模拟，并可考虑各向异性和非线性等效应。
3.2 频域边界元法频域边界元法是利用边界元法求解地震波传播问题的一种方法。
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初始入射角：方位角
2-3 试射法射线追踪
• 起伏界面试射法——问题2
射线在交点处透射线（或反射线）的方向计算问题
计算透射方向
2-3 试射法射线追踪
• 起伏界面试射法——问题2
射线在交点处透射线（或反射线）的方向计算问题
2-3 试射法射线追踪
• 起伏界面试射法——实例
2-3 试射法射线追踪
• 试射法追踪收敛方法
2-5 二维层状模型描述
• 问题分析
替代方法：封闭结构模型（研究生课程）
2-6 程序设计及演示
• 程序说明
2-6 程序设计及演示
• 程序说明
2-6 程序设计及演示
• 程序说明
2-6 程序设计及演示
• 程序说明
2-6 程序设计及演示
• 程序流程图
程序—第1页
2-6 程序设计及演示
程序—第2页
• 起伏界面试射法——问题1
射线与起伏界面的交点计算问题
思路：将问题简化为卡尔 丹公式进行计算
2-3 试射法射线追踪
• 起伏界面试射法——问题1
射线与起伏界面的交点计算问题
将目标公式转换为卡尔丹——问题1
射线与起伏界面的交点计算问题
思路
2-3 试射法射线追踪
• 起伏界面试射法——模型——界面描述
实际处理
2-3 试射法射线追踪
• 起伏界面试射法——问题分解
差异
2-3 试射法射线追踪
• 起伏界面试射法——问题1
射线与起伏界面的交点计算问题
第1种情况
2-3 试射法射线追踪
• 起伏界面试射法——问题1
射线与起伏界面的交点计算问题
第2种情况
第3种情况
2-3 试射法射线追踪
2.7.1 AVO基本理论
• 20世纪80年代，勘探工作者在地震记录上发现一 些违反常规的现象，即随着检波器离开炮点距离 的加大，接收到的反射能量反而越大（专业上称 这种现象为AVO技术，即反射振幅（反射能量） 随检波器到炮点距离的增大而增大的技术。 • 为什么说它反常呢？日常生活中可能会有这样的 体会，离说话人越远，听到的声音也越小。地震 勘探也不例外，按常规，检波器离炮点越远，接 收到的能量（振幅）应该越小。那么，为什么出 现上述反常现象呢？ • 原因：地层含气后，含气地层速度发生了明显变 化，它改变了岩石的物理性质，从而改变了反射 振幅的相对关系，因此，出现了上述反常现象。
• 起伏界面试射法——问题1
射线与起伏界面的交点计算问题
交点计算
2-3 试射法射线追踪
• 起伏界面试射法——问题2
射线在交点处透射线（或反射线）的方向计算问题
切线
注意：1阶导数（某点的1阶导数=0，意味着切线水平，即斜率=0）
2-3 试射法射线追踪
• 起伏界面试射法——问题2
射线在交点处透射线（或反射线）的方向计算问题
2-1 射线追踪简介
• 定义及分类
2-1 射线追踪简介
• 应用现状
2-2 射线追踪理论
• 射线方程
2-2 射线追踪理论
• 射线追踪方程
grad
x y z
Pi=x,y,z
慢度的平方
Px*Px+Py*Py+Pz*Pz
2-2 射线追踪理论
• 射线追踪方程
2-3 试射法射线追踪
Vs2 (3V p2 4Vs2 ) E V p2 Vs2 V p2 2Vs2 2(V 2 V 2 ) p s 2 Vs 4 K (V p2 Vs2 ) 3 2 2 ( V 2 V ) p s
2.7.1 AVO基本理论
• 从某种意义上讲，AVO技术就是在地震记录上寻 找随检波器到炮点距离的增加而增大的振幅。找 到它，就能初步确定此处有天然气。为确定气田 位置提供了宝贵资料，使探井成功率大幅提高。
2.7.2、理论基础
地震波的反射与透射
按波的传 播方向
按波的震 动方向
2.7.2、理论基础
2.7.2、理论基础
AVO分析的岩石物理基础——涉及到岩石物理参数
杨氏模量 E：它测量当纵向应力作用时所产生的纵向应变量，其表达式可写定义为：
式中： E 表示物体抗拉伸或挤压的力学参数。值越大，抗拉伸或挤压的阻力越大。 体积模量 K：表现为一种不可以压缩性，它是描述体应力（在物体的各个方向上均 匀作用的力，即流体静压力）与物体相应的体积变化量之间关系的一个弹性常量，其表 达式可写成： 静压力 P
AVO与AVA
• AVO的全称是地震振幅随偏移距变化（Amplitude Variation with Offset）； • 我们经常还提到一个概念AVA，它的全称是振幅系数随入 射角变化（Amplitude Variation with incident Angle）； • 理论分析表明：振幅系数随入射角的变化与分界面两侧岩 石的弹性参数有关。它与介质的密度 1和 2 ，纵波速度Vp1 和 Vp 2 ，横波速度Vs1 和Vs 2 有着复杂的非线性关系。 • 在地震勘探中，共中心点道集地震记录可以用偏移距和反 射深度来表示入射角，因此，AVO和AVA这两个概念是等 价的。
参考文献： 《复杂构造模型正演模拟》，蒋先艺等，石油工业出版社，2004年 《地球物理数据处理教程》，江玉乐等，地质出版社，2006年
第一部分 理论
2 射线追踪数值模拟方法
内容提纲
• • • • • • 射线追踪简介 射线追踪理论 试射法 弯曲法 二维层状模型描述 程序设计及演示
2-1 射线追踪简介
2.7.2、理论基础
AVO分析的岩石物理基础——涉及到岩石物理参数
(3 2 ) E 2( ) E 2(1 ) 3 2 K 3 E (1 )(1 2 )
关键问题：初始入射角度的确定！！
2-3 试射法射线追踪
• 试射法追踪收敛方法
如何确定初始角度
2-3 试射法射线追踪
• 试射法追踪收敛方法
线性插值
2
2-3 试射法射线追踪
• 试射法追踪收敛方法
2
2-4 最优化射线追踪方法
• 方法简介
试射法：
弯曲法
公式推导
2-4 最优化射线追踪方法
公式推导
2-4 最优化射线追踪方法
• 定义及分类
补充：了解
扰动理论
本尼尔(Benner)认为，事故过程包含着一组相继发生的事件。所谓事件是指生产 活动中某种发生了的事物，一次瞬间的或重大的情况变化，一次已经避免了或已经导 致了另一事件发生的偶然事件。因而，可以把生产活动看作是一组自觉地或不自觉地 指向某种预期的或不测的结果的相继出现的事件，它包含生产系统元素间的相互作用 和变化着的外界的影响。这些相继事件组成的生产活动是在一种自动调节的动态平衡 事件的发生一定是某人或某物引起的，如果把引起事件的人或物称为“行为者”， 则可以用行为者和行为者的行为来描述一个事件。在生产活动中，如果行为者的行为 得当，则可以维持事件过程稳定地进行；否则，可能中断生产，甚至造成伤害事故。 生产系统的外界影响是经常变化的，可能偏离正常的或预期的情况。这里称外界 影响的变化为扰动(Perturbation) 当行为者能够适应不超过其承受能力的扰动时，生产活动可以维持动态平衡而不 发生事故。如果其中的一个行为者不能适应这种扰动，则自动动态平衡过程被破坏， 开始一个新的事件过程，即事故过程。该事件过程可能使某一行为者承受不了过量的 能量而发生伤害或损坏；这些伤害或损坏事件可能依次引起其他变化或能量释放，作 用于下一个行为者，使下一个行为者承受过量的能量，发生串联的伤害或损坏。当然， 如果行为者能够承受冲击而不发生伤害或损坏，则依据行为者的条件、事件的自然法 综上所述，可以把事故看作由相继事件过程中的扰动开始，以伤害或损坏为结束 的过程。这种对事故的解释叫做扰动理论。
不同偏移距反映 不同的入射角
2.7.2、理论基础
AVO分析的岩石物理基础
了解岩石的一些基本物理特性是进行 AVO 分析的前提条件，国内外众多 AVO 分析成功的实例表明：利用测井等资料作好研究区域的岩石物理分析工作是进行 AVO 分析工作的重要条件和基本保证。
显微镜下岩石薄片
图中显示的是一个岩石的截面，可以看到岩石是由大小不同、形状各异的多种矿物 颗粒在胶结物的胶结作用下组成的一个不均匀体，而颗粒间的孔隙空间通常充填流体。
程序—第3页
2-6 程序设计及演示
程序—第4页
2-6 程序设计及演示
程序—第5页
2-6 程序设计及演示
程序—第6页
2-6 程序设计及演示
程序—第7页
2-6 程序设计及演示
程序—第8页
2-6 程序设计及演示
程序—第9页
2-6 程序设计及演示
程序—第10页
2-6 程序设计及演示
2.7 AVO基本理论
2-5 二维层状模型描述
• 层状结构模型定义
2-5 二维层状模型描述
• 用层状结构描述复杂二维模型
虚界面的定义 及意义
2-5 二维层状模型描述
• 用层状结构描述复杂二维模型——例子1
2-5 二维层状模型描述
• 用层状结构描述复杂二维模型——例子2
2-5 二维层状模型描述
• 用层状结构描述复杂二维模型——例子3
界面函数，见 公式4-1-1
公式推导
2-4 最优化射线追踪方法
1 3 4
7 6 5
2
如何理解？界面重复-从上至下
下面的问题：求解方程组！！ (纯数学问题！！)
解非线性方程
2-4 最优化射线追踪方法
1阶导数=0
1阶近似
正定—收敛条件
解非线性方程
2-4 最优化射线追踪方法