多波、多分量资料的处理、解释
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发布时间：2022-05-21 14:23
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时间：2023-10-28 04:33
多波勘探资料与纵波勘探资料一样，只有经过共反射点水平叠加处理后，得到水平叠加剖面才能进行解释。纯横波（SH波）的射线路径对称，无转换波，资料处理和纵波基本相同；转换横波（P-SV波）因其射线路径不对称，反射点不在炮检中点正下方，处理方法比较特殊，所以，多波资料的处理主要就是转换横波的处理。
1.转换波资料的处理
转换波资料处理的特殊性主要表现在因射线路径不对称造成的共反射点叠加问题和速度分析问题。另外，由于X、Z分量记录上都同时存在着P波和P-SV波，还有识别和分离这两种波的问题。最后，静校正问题无论对纯横波，还是转换波都比较严重，需要专门关注。
1）转换横波的水平叠加
即使对于水平界面，转换横波的反射点也不在炮检中点的正下方。如图6-3-8所示，常规多次覆盖观测获得的记录经共中心点抽道后，同一道集上的P波来源于同一反射点R PP，而转换横波来自不同的反射点（转换点） R PS1～R PS6，共中心点叠加得不到共反射点叠加记录。
解决P-SV波共反射点叠加的问题有很多不同的方法，基本上都需要重抽道集。按反射点坐标重抽道集的方法是其中之一，其基本思想是首先确定共反射点道集的反射点坐标，据此计算各炮接收此反射点反射转换波的道所对应的炮检距大小，按炮检距得到相关的道号，将各炮中对应的道重抽到一起即组成共反射点道集。
通常将常规共中心点道集中炮检距最小的道所对应的反射转换点（即R PS1点）选择为共反射点道集的反射点，即与P波反射点最靠近的那一点，按该反射点的坐标重抽道集。由图可知，重新抽出的道号除第一炮对应的道号不变外，其他炮中对应的道号一定比共中心点道集对应的道号要小。
图6-3-8 重抽道集示意图
图6-3-9 反射点坐标与炮检距关系图
见图6-3-9，由斯奈尔定理可知：
地震波场与地震勘探
经整理、合并后得：
地震波场与地震勘探
根据最小炮检距x、对一定深度H和速度比γ，可由上式计算出转换波反射点坐标xP。再利用已知反射点坐标xP，计算各炮相应的炮检距x，此时公式应变为
地震波场与地震勘探
由x中减去偏移距xmin，除以检波点距即可得道号。若算出的（x-xmin）不正好是检波点距的整数倍，则四舍五入，可允许差半道。
除上述方法外，还有许多重抽道集的方法，最为简单的一种近似方法是认为纵、横波速度比为2来重抽道集。问题的复杂性在于反射点偏离炮检中点线的大小与纵横波速度比和入射角有关，因而深、浅层的反射点不在同一垂直线上，如图6-3-10所示。地层越浅，反射点偏离中线越远。为了解决深浅层反射点不在同一垂线上的问题，只能采取转换波水平偏移归位方法。
图6-3-10 P-SV 波反射点偏离示意图
2）由转换波资料求取横波速度
由SH波资料求取横波速度与用纵波资料求纵波速度一样，困难不大。
由转换波资料求取横波速度则较为复杂，因为入射波是纵波而反射波是横波，具有不同的速度，难以分开。一个比较方便的方法是复合速度法。
利用常规速度分析的方法对转换波资料做速度分析，得到的速度既不是纵波速度，又不是横波速度，而是介于两者之间的一个速度，称为复合速度。可以证明，复合速度与纵、横波速度之间有如下近似关系
图6-3-11 复合速度换算为横波速度示意图
地震波场与地震勘探
因此，如果利用纵波资料得到纵波速度vP，利用转换波资料得到复合速度vPS，则使用（6-3-6）式就可以计算出横波速度vS来。
问题不是如此简单。因为由转换波资料上只能得到 t0PS-vPS曲线，由纵波资料只能得到t0P-vP曲线，两者的t0时间不同，必须首先在两种资料上分析、对比、确认出属于同一界面的纵波和转换波，并利用公式：
t0S＝2t0PS-t0P（6-3-7）
将t0PS时间换算为t0S时间，再用（6-3-6）式才能计算出需要的t0SvS曲线（图6-3-11）。
3）纵、横波分离问题
纵、横波分离问题是转换波资料处理中的一个难题。目前方法很多，如τ-p变换法、极化方向分离法、分离滤波法和运动积法等，但都没有完全解决问题。下面以容易理解的运动积法为例加以介绍。
此法根据同一接收位置的垂直检波器和水平检波器输出的乘积符号来鉴别波型。
图6-3-12 运动积概念
如图6-3-12所示，X轴正向为离开震源方向，Z轴正向垂直向下。垂直检波器和水平检波器接收到的纵波位移分量uPz和uPx的符号相反，乘积为负；接收到的横波位移分量uSz和uSx的符号相同，乘积为正。因此，纵波和横波位移分量的运动积符号正好相反。在处理中规定好正、负积用不同的符号显示，就可以分离出纵、横波。
这种方法原理简单，执行方便，但抗干扰能力较差，微小的干扰会引起较大的误差。
图6-3-13 某地地形起伏和纵、横波静校正量
4）横波静校正
横波资料处理中，静校正是一个比较突出的问题。它之所以突出，一是由于表层横波速度很低，纵、横波速度比相当大，可达5～10，比深层大得多。因而同样的地形起伏，横波引起的时间延迟比纵波大得多。二是因为潜水面上、下横波速度没什么变化（地层是否含水对横波速度无影响），故横波低速带的底界面不像纵波那样是较平的潜水面，而是起伏不平的基岩面。因此，横波静校正量大且变化复杂，如图6-3-13所示。
静校正包括野外静校正和剩余静校正。由于横波静校正量大，野外静校正后很难用现有的剩余静校正方法完成全部静校正工作。因此，在完成野外静校正后，尚需进行初始剩余静校正，然后再做统计剩余静校正处理。
横波静校正所使用的方法与纵波静校正类似，可用横波微测井、横波小折射法研究横波低速带，也可以利用统计剩余静校正、层析反演方法计算剩余静校正量。核心的问题是横波静校正量大且变化复杂，所使用的方法一定要适应这一特点。因此，模拟退火法、遗传算法等非线性反演方法可能比较适于计算横波静校正量。
2.纵、横波资料的联合解释、应用
纵、横波资料的联合解释可以提供大量的地层、岩性信息，具有极为重要的意义。
1）横、纵波层位对比
纵、横波层位对比是纵、横波资料联合解释的基础。所谓纵、横波层位对比就是识别同一界面产生的反射纵波和反射横波。对比的依据是纵、横波时间剖面的结构、地震波的特征以及地质、钻井等提供的信息。
由于横波速度低，运行时间长，故横波时间剖面比纵波时间剖面在纵向（时间坐标）上要大很多。为了对比方便，通常将横波时间剖面的纵向比例尺按纵、横波速度比缩小，即进行所谓的压缩处理后，再根据波形、波组特征和时间间隔等进行层位对比。图6-3-14就是经压缩处理后的横波剖面和纵波剖面。剖面上若有钻井控制，则可以确定反射层的地质属性。
当纵、横波速度变化很大，加之横波的各向异性存在时，会给对比带来困难。此时最好使用多种方法进行对比，一般采用下面几种方法。
A.时间剖面和深度剖面结合对比。根据纵波和横波的平均速度做时深转换，将纵、横波时间剖面都转换为深度剖面，用深度剖面对比是一种可靠的对比方法。在对比中如发现所得剖面结构相似，但绝对深度有差异，可能是速度误差引起，也可能是其他原因造成。
图6-3-14 横波压缩剖面与纵波剖面
B.利用VSP资料进行对比。利用纵、横波VSP资料可以有几方面的用途。一方面由VSP资料可求得准确的平均速度，因而可得出正确的时深转换关系。另一方面也可以直接用校正后的VSP记录与纵横波记录对比以确定相应的层位关系。最后，由VSP资料还可获得岩性解释所需的纵横波速度比、振幅比、泊松比和吸收系数等参数。
C.地震特征对比。根据两种波在时间剖面上的共同构造特征，找出结构相似的部位和波形相似等特征进行对比。若剖面上有特殊的构造，如角度不整合等，则很容易对比。
D.利用合成记录对比。根据井的资料，做纵、横波的合成记录，与井旁CDP剖面上的叠加道对比。这种对比方法不仅能进行层位对比，还能确定层位的地质属性。
2）根据纵、横波速度比求取岩石的弹性参数
根据多波地震勘探的资料可以得到较为准确的纵、横波速度资料，利用纵、横波速度比能够得到相当多的岩石弹性参数。首先可以求取泊松比。
已知纵、横波速度比与泊松比σ的关系为
地震波场与地震勘探
从上式可得：
地震波场与地震勘探
一般来说，硬介质的泊松比值比较低，软介质的泊松比值比较高，液体介质的泊松比一般为0.5，这是理论上的上限值。通常液体饱和的沉积岩泊松比值较大，而孔隙砂岩常出现泊松比低于0.25的异常情况。当砂岩含油气时，泊松比会明显变小，所以可以用泊松比的变化来研究岩性和预测油气藏的存在。
又由纵、横波速度的定义：
地震波场与地震勘探
可以从纵、横波速度，泊松比，密度等算出体积模量：
地震波场与地震勘探
切变模量：
地震波场与地震勘探
和杨氏模量
E＝2μ（1＋σ） （6-3-12）
等岩石的弹性参数。
岩石的弹性参数是分辨岩性和介质各向异性所需要的基本参数。
图6-3-15 速度比曲线
3）用速度比研究岩性变化
纵、横波速度比 γ 与岩石的压实作用有关，深浅层的γ可以有很大的变化。在相似压实条件下，γ的变化可以指示岩性的变化。例如，一般而言，灰岩的γ约为0.6，泥岩约为0.5，砂质粘土0.25，砂岩约为0.58等。当岩石孔隙度增加并含有油气时，vS变化很小而vP则明显下降，因而可以利用γ值的升高来预测油气藏的存在，图6-3-15为一例。
速度比γ还能指示砂页岩的百分含量。图6-3-16 （a）是从休斯敦附近某井VSP资料得到的P波和S波的速度剖面，用直达波测得，测量间距为30 m。由图可以看出，1 km以下处vS的变化大于vP。图6-3-16 （b）为同一口井的vP/vS曲线。由图可见，页岩显示了很高的vP/vS值（达2.7以上），砂岩含量越高则vP/vS越小。此例说明，根据纵、横波速度比可以推测含沙量。
4）识别真假亮点
众所周知，纵波的速度主要与体积模量等有关。岩石孔隙中充填气体和液体，可使体积模量发生很大的变化，致使纵波的速度随之变化很大。岩石孔隙中充填油气，会使岩石的纵波速度下降，从而造成它与盖层页岩之间界面反射系数变得很大，反射纵波的振幅也就大，所以当砂岩含油气时，纵波真振幅剖面上出现“亮点”。横波速度只与切变模量有关，液体和气体没有切变模量。因此在有孔隙的砂岩中，横波速度只与砂岩的骨架有关，而与孔隙中流体的性质及含量无关，岩石孔隙中是否充填油气对横波速度没有影响，故横波真振幅剖面上不会出现“亮点”。这种纵波“亮”横波不“亮”的“亮点”是真“亮点”，即是由于油气原因造成的“亮点”。
图6-3-16 实测的纵、横波速度剖面 （a） 和速度比曲线 （b）
如果“亮点”的出现是因为非油气的原因，例如反射系数很大的石灰岩、膏盐层等硬地层引起的，因为它们属于岩石骨架的变化，对纵、横波速度都有影响，即在纵波真振幅剖面上会出现“亮点”，在横波真振幅剖面上也会出现“亮点”。这种纵波“亮”横波也“亮”的“亮点”属于假“亮点”。
图6-3-17是美国某气田上的一段纵、横波真振幅剖面。该处原来只做了纵波勘探，真振幅剖面上出现了多处振幅异常（亮点），钻井验证却出现一些干井。为此又做了横波勘探，将两者资料进行联合解释。纵波真振幅剖面上F和G处有强振幅出现，而横波真振幅剖面上G处无明显异常，只有F处有强振幅显示，解释推测G为气层而F为非油气因素引起。钻井证实了这个推测的正确性。
5）利用横波*研究裂隙
纵波对各向异性不敏感，横波比较敏感。在各向异性介质中不仅横波的速度随传播方向的不同而不同，而且还存在横波*现象，即横波穿过定向裂隙介质时会*成速度不同的S∥（平行裂隙）和S⊥（垂直裂隙）两个波的现象。其中，S∥波的速度大于S⊥波的速度。根据横波剖面上是否存在*现象可以发现裂隙的存在，而为了发现横波剖面上是否存在*现象可以通过相交测线纵波剖面闭合而横波剖面不闭合来确定。
图6-3-18是某地区两条相交测线的纵波剖面，交点处闭合良好。图6-3-19为同一位置处的横波剖面，交点处不闭合，这说明该区地层存在方位各向异性（定向裂隙）。另外，横波剖面上测线L-1的反射波旅行时比测线L-2的大，反映该方向上横波波速较小；而且，测线L-2上的局部反射变弱，测线L-2的方向接近南北向，说明本区的主裂隙方向近南北向，各向异性较东西向大得多。这是因为测线L-2处于南北向裂隙发育地段，致使砂岩储集层有效阻抗降低，反射系数减小，振幅减弱，*出来的平行裂隙的快波速度较大。钻井给出的地质情况与上述推断是吻合的。图6-3-20给出了这两条测线方向与裂隙方位的关系。
图6-3-17 气田上的纵、横波真振幅剖面
图6-3-18 P波剖面
图6-3-19 S波剖面
图6-3-20 两测线与裂隙的方位关系
各向异性是一个很复杂的问题，定向裂隙是其中一种特殊而又与裂隙油藏有关的内容，如何由地震横波的运动学和动力学特征来确定裂隙方位、裂隙密度、裂隙区域等还是研究的课题。
