多分量地震数据采集与成像

SEG/SPG 2011 深圳大会讲习班

2011年11月7日（周一）, 下午2:00pm - 5:30pm

Bob Hardage 教授与Lee Bell博士主讲

注册费: 人民币300元

Bob Hardage是美国经济地质局的高级研究员和地球物理勘探实验室（EGL）的首席科学家。EGL致力于多分量地震技术的开发和应用。在于1991年加入经济地质局之前，Bob曾担任菲利普斯石油公司亚洲/南美区的勘探经理，以及担任西方阿特拉斯公司市场部和地球物理研发部的副总裁。他著有4本地震学相关著作，在各类专业期刊杂志发表了大量文章，并且每年在不同地方开设短期课程和研讨班教授地震学领域相关的各种课题。他曾担任《Geophysics》编委，为《AAPG Explorer》杂志撰写每月Geophysical Corner文章，并且曾在四届SEG执行委员会任职。他现任SEG主席。

Lee Bell 于1977年在斯坦福大学获得地球物理学博士学位。他加入位于达拉斯的Mobil R&D公司担任科研地球物理学家，之后又于1981年加入Digicon担任沙美科研小组的行政董事。Bell在1984年建立勘探数据处理公司Entropic Geophysical，后于1991年和Geosignal公司合并，Bell先后在该公司担任副总裁和总裁职务。1997年Geosignal被西方公司收购之后，Bell担任Western Geophysical科技部门副总裁，WesternGeoco成立后，他又管理公司的储藏服务部门。2004年，Bell接受了Geophysical Development Corporation总裁的职位，之后于2007年成为了该公司总公司Geokinetics的首席地球物理学家。 Bell于1972年成为SEG会员。他作为作者和合著者在年会和地方会议上发表了大量关于信号处理和反演的报告。他担任过SEG区域代表，现在是SEG Global 公司的董事会财务主管，同时也在EAGE-SEG合作委员会任职。他是EAGE和休斯顿地球物理协会的成员。

第一讲: 垂直力源的直达S波

Bob A. Hardage教授主讲

垂直力源可以分为三种主要类型的震源——垂直振子，垂直冲击波和炮孔炸药。过去几十年以来，地球物理学家一直认为垂直力源仅仅是P波震源。这类震源产生的所有与S波相关的信息都被归结为来自转换P-SV波，这种波是下行P波遇到远离震源的界面所产生的。

近些年来，勘探地球物理实验室（EGL）的科研人员深入研究了垂直力源产生的波动模式的物理机制。我们得出的结论是，由P波，SV和SH波组成的全弹性波场刚好在垂直力源对地球施加应力矢量处产生。在这种情况下产生的SV和SH波我们称作直达S波，以区别由垂直力源产生的转换S波。

在这里，我们讨论垂直力源触发P，SV和SH波的基本物理原理，然后我们会分别给出由垂直振子，垂直冲击波以及炮孔炸药产生的数据实例，从而证明在所有类型的垂直力源下这三种波都存在。本文侧重强调这种采集S波数据新方法带来的经济影响。

这种从垂直力源数据中产生和提取直达S波的方法已经在全球范围内申请专利，专利权归德州大学系统校董会所有。

第二讲: 穿过出露高速岩石的P波和S波后向散射噪声

Bob A. Hardage教授主讲

穿过高速岩体（如变质岩，火成岩，碳酸岩）出露在地表的区域采集到的地震波数据质量不高。已发表的一些文献显示，对于这些区域而言，S波数据的质量要高于传统的P-P波（压缩波）数据。穿过坚硬岩石表面的SH波和P波的物理特性区别很大，需要进一步的调查研究。在本文的讨论中，我们将介绍P波和SH波在穿过出露高速岩体传播时的一些基本物理波动理论。

为了研究SH波和P波从疏松介质传播到高速坚硬岩石中的基本物理机制，地球物理勘探实验室（EGL）进行了现场实例的勘察实验。实验数据显示出Love波（SH面波）和Rayleigh波（P面波）的巨大差异。我们会给出具体的数据实例并讨论说明Love波和Rayleigh波都是按照物理波动学预测的方式传播，并且这些面波以多种不同的方式从地表和近地表的异常体后向散射，散射的方式取决于地表的疏松和坚硬程度。这些后向散射面波的数量和强度决定了SH波和P波的信噪比，同时也会限制在地表出露高速岩体区域成功提取SH和P波的反射震相。

这些实验数据是为了辅助地热资源的开发而采集的，然而，我们知道很多油气藏上方的地表也具有同样的地质构造。

第三讲: 页岩破裂相关各向异性3D-3C数据的分析

Lee Bell博士主讲

利用地震数据识别和表征页岩油气及其特征对于经济生产具有重要意义。 Geokinetics日前测得宾夕法尼亚州东北的布拉德福县的大面积区域马塞卢斯页岩的高密度，广方位角的三维单分量数据。作为这次勘察任务的一部分，我们记录一个25平方英里范围的多分量测试以确定使用这项技术还能带来哪些有用信息。 利用这些数据，我们通过分析P波和PS转换波来研究可能与马塞卢斯页岩的局部破裂及其周围地质情况有关的各向异性。

对于P波数据而言，我们利用偏移距矢量模块的叠前时间偏移来保存偏移距和方位角的信息。 利用这些信息，我们就可以确定椭圆速度从而进一步得到椭圆的方位角和最大最小速度。

对于PS转换波数据，我们所做的主要分析是能够观测到的横波分裂的数量。 横波分裂是由于为了对应最大最小应力方向所引起的水平分量的旋转导致的，这就要求必须对两个分离的部分S1和S2进行成像，并且计算两者的时间差。 采样的时间微分表征局部的破裂强度。此外，记录PS波的成像信息可以作为PP波成像的一个参考比较对象。

对于每种类型的数据，我们都扼要描述推导水平各向异性表征值的方法原理。 P波和PS波的观测结果进行比较和相关。

第四讲：四分量OBC处理技术所面临的挑战

Lee Bell博士主讲

澳大利亚西北部的浅水近海大陆架给地震波成像带来了独特的挑战。浅层海底由高速碳酸盐组成，厚度大约为700米，此下为大约500米的低速碎屑物，大部分为砂岩，其下为另一个碳酸盐层，再往下是一个页岩层。目标区域是位于4200米深度的砂岩沉积物，其双程旅行时大约为2.3秒。 这种高速，低速和高速岩层的组成不仅阻碍了能量的传播，而且会造成很强的鸣震和多次波。

由于窄方位角和强多次波的影响，在这个区域使用拖缆数据成像是很困难的。多分量OBC提供广方位角观测系统，从而能够压制多次波，而且同时使用水听器和检波器可以帮助减轻鸣震。 由于经济条件的限制导致OBC与传统拖缆观测系统相比检波器的间距较大，这是OBC的一个劣势。 因此只好在整个处理流程中引入更加粗糙的网格以避免信号或者噪声的失真。

在此次实例中，我们采集并处理225平方公里的OBC。 其中数据采集使用4分量的Sercel Searay。 P波的处理流程包括如下内容：

l        水听器和地震加速度检波器的反信号处理

l        水听器和地震加速度检波器的叠加

l        在检波器域和炮域消除多方位角噪声

l        反褶积

l        井控详细速度分析

l        时差校正移除线性噪声

l        克希霍夫叠前时间偏移

l        剩余速度分析

l        基于拉冬变换消除多次波

l        叠后信号加强.

我们描述了直到叠前时间偏移的关于数据的采集和处理流程，其中特别关注的重点在于叠前成像中消除震源产生的噪声，鸣震和多次波的处理方法。