CN105277976A - 基于岩石露头雷达探测的地震正演模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于岩石露头雷达探测的地层地震反射正演模拟方法，包括如下步骤：选择岩石露头剖面，设置雷达探测测线；进行岩石露头剖面测量和地质描绘；分别选用100MHz和400MHz雷达天线沿测线对岩石露头剖面进行连续探测，得到相应频率天线探测的雷达剖面数据；对采集的雷达数据进行数据成像处理；利用雷达数据成像处理结果模拟所描述岩石露头剖面的地震正演结果；对低频和高频地震正演结果进行比较，得到同一岩石露头地质体在高频和低频地震资料中各自的地震反射特征，指导地下储层的地震资料地质解释。本发明采用典型岩石露头作为地质模型，解决了基于数值模拟和基于物理模型物理模拟两大类地震反射正演模拟方法中地质模型简单化、理想化的缺点。
Description
技术领域
本发明属于地球物理勘探领域，具体地，涉及一种基于岩石露头雷达探测的地层地震反射正演模拟方法，利用雷达探测岩石露头的内部结构及其地球物理反射信息，模拟地层的地震反射结果。
背景技术
地震反射正演模拟揭示不同地质条件下地层的地震反射特征，为开展地震资料处理和地质解释提供理论基础和指导，是复杂地质条件下地震资料处理和地震地质解释的重要依据。
地震反射正演模拟是伴随着地震资料处理和解释而产生和发展起来的，经过了几十年的发展，逐渐形成了地震数值模拟正演和物理模拟正演两大类不同的方法。前者建立地质模型，根据地震波在地下地层中的传播方程，采用不同的数学算法（射线追踪算法或者波动方程算法等），模拟地震波在给定地质模型条件下的反射特征；后者则是根据地下地层规模，建立尺度缩小的等效物理模型，在实验室模拟野外的地震资料采集过程，在物理模型中设置检波器，采集震源激发后的反射波信息，达到地震正演模拟的效果。
上述两类地震正演模拟方法不断发展，前者的发展主要在两方面，一是地质模型不断复杂化，由单一地质现象的模拟到多种地质特征组合的复杂地质模型；二是模拟算法的发展，从基于射线理论的算法模型到基于波动方程的算法模型，通过模拟数学方法的改进，不断向地震波的真实传播特征逼近；后者的发展主要是表现在物理模型不断复杂化，越来越向地质学家认识的地下复杂地层特征逼近，同时，物理实验采用的检波器、激发震源等硬件也不断精密化，采集的地震反射信息更加精确和全面。
对于基于数值模拟的地震正演模拟来说，目前最大的问题有两点，一是所建立的地质模型虽然不断向复杂化发展，但是距离真实地层的复杂性还有很大差距，二是正演结果受到模拟算法的影响，而目前已经使用的模拟算法都只是波在地层中传播的一种近似。
探地雷达是通过高频电磁波利用有耗介质中介电常数差异探测地下或其他物体内部不可见目标或界面分布的一种浅层地球物理方法。1910年，Leimbach等率先将雷达应用于确定地下埋藏物的位置，20世纪70年代开始迅速发展，被应用于地下浅层地层研究、冰层厚度探测、水文地质调查、冰川研究、考古、排雷、矿产资源勘查、工程地质勘查、无损检测及工程建筑物结构调查等领域。
20世纪60年代，探地雷达开始被应用于地质领域，随着国内外学者对野外岩石露头和现代沉积原型模型研究的重视程度增加，上世纪90年代末起，探地雷达开始被应用于野外岩石露头、浅层地层和现代沉积研究，在这些研究中形成了探地雷达与其他技术相结合的研究方法，如，JensTronicke等（2002）在重力流沉积岩石露头中将GPR、井间雷达层析成像与自然伽玛测井资料相结合，KeumsukLee等（2007）将GPR和激光扫描两种露头研究技术相结合在浊积水道和三角洲前缘岩石露头地质描述研究中取得了良好的效果。
虽然探地雷达和人工地震反射资料是对地层不同特征参数的反映，但是二者都是地层界面反射信息，探测原理具有相似性和可类比性，因此，在探地雷达资料的地质解释方法上，地震地层学的解释方法和概念体系被众多学者接受，AdrianNeal（2004）在研究中论证了二者在岩石露头探测中的相似性，并指出地震地层学的解释方法在探地雷达资料解释中应用是可行的，但是受探地雷达研究尺度的制约，对大尺度的概念（层序和层序边界）不建议应用于探地雷达资料解释中。
已开展的探地雷达在地质研究中的应用主要是利用其进行岩石露头或现代沉积的直接探测，得到地层或沉积体的内部结构，从而对无法直接观察的地质体进行地质描述，用于建立各种地层或沉积体的地质模型。
发明内容
为克服现有技术中地震正演模拟方法存在的缺陷，本发明提供一种基于岩石露头雷达探测的地震正演模拟方法，为复杂地层的地震反射正演模拟提供一种快捷而更加准确的方法，为地震资料处理和地质解释提供依据。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
基于岩石露头雷达探测的地层地震反射正演模拟方法，包括如下步骤：
(1)、选择岩石露头剖面，设置雷达探测测线；
(2)、进行岩石露头剖面测量和地质描绘；
(3)、分别选用100MHz和400MHz雷达天线沿测线对岩石露头剖面进行连续探测，得到相应频率天线探测的雷达剖面数据；
(4)、对步骤(3)采集的雷达数据进行数据成像处理；
(5)、利用步骤(4)的雷达数据成像处理结果模拟步骤(2)所描述岩石露头剖面的地震正演结果，其中，100MHz雷达天线采集数据的成像处理结果模拟岩石露头剖面的低频地震正演结果，400MHz雷达天线采集数据的成像处理结果模拟岩石露头剖面的高频地震正演结果；
(6)、对步骤(5)中的低频和高频地震正演结果进行比较，得到同一岩石露头地质体在高频和低频地震资料中各自的地震反射特征，指导地下储层的地震资料地质解释。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：采用典型岩石露头作为地质模型，解决了基于数值模拟和基于物理模型物理模拟两大类地震反射正演模拟方法中地质模型简单化、理想化的缺点；采用探地雷达探测反射信息，模拟地震波反射，解决了基于数值模拟的地震正演中模拟算法不能真实反映波在地层中传播规律的难题，同时，可以通过不同频率雷达天线的选取，模拟地质体在不同频率资料中的地震反射特征，避免了地震数值模拟正演中地质模型和模拟算法的缺陷。
具体实施方式
基于岩石露头雷达探测的地层地震反射正演模拟方法，包括如下步骤：
(1)、选择岩石露头剖面，设置雷达探测测线；
选择的岩石露头剖面能够清楚地反映研究目标的地质结构，剖面上方地表起伏较小，便于雷达探测，岩石露头延伸长度一般不小于15m；在岩石露头正上方沿岩石露头剖面设置雷达探测测线，雷达探测测线距离剖面边缘0.5m～1m；
(2)、进行岩石露头剖面测量和地质描绘；
从测线起点开始，对剖面进行岩石露头剖面测量描绘，重点测量和描述沉积界面、岩性界面和地层的地质结构，垂向上的地层界面描述精度达到分米级，对厚度大于一分米的薄层进行描述和记录；
(3)、分别选用100MHz和400MHz雷达天线沿测线对岩石露头剖面进行连续探测，得到相应频率天线探测的雷达剖面数据；
(4)、对步骤(3)采集的雷达数据进行数据成像处理；
分别对100MHz和400MHz雷达天线采集得到的雷达数据进行数字成像处理，处理步骤包括直达波消除、信号饱和校正、背景噪音消除和能量均衡；
(5)、利用步骤(4)的雷达数据成像处理结果模拟步骤(2)所描述岩石露头剖面的地震正演结果，其中，100MHz雷达天线采集数据的成像处理结果模拟岩石露头剖面的低频地震正演结果，400MHz雷达天线采集数据的成像处理结果模拟岩石露头剖面的高频地震正演结果；
(6)、对步骤(5)中的低频和高频地震正演结果进行比较，得到同一岩石露头地质体在高频和低频地震资料中各自的地震反射特征，指导地下储层的地震资料地质解释。
实施实例
曲流河点坝内部结构复杂，地震资料的地质解释难度大，在墨西哥湾TigerShoal地区新近系曲流河点坝沉积微相解释中，缺少曲流河沉积地层地震正演结果的指导，难以利用地震资料识别点坝沉积微相内部的地质结构。采用本发明的方法，选择相同地质条件和相似地质特征的曲流河岩石露头，利用岩石露头雷达探测的方法代替基于数值模拟的地震正演，得到曲流河点坝沉积体在不同频率地震资料中的反射特征，指导曲流河点坝内部结构的地震解释，具体方法如下:
(1)、首先选择与研究区相同地质条件的新泰-蒙阴地区城山后组曲流河沉积岩石露头作为测量对象，在公路边选择长度大于40m的一条岩石露头剖面；在剖面的上方，沿岩石露头剖面设置测线，该测线长度30m，距离岩石露头边缘0.5m，该剖面出露了完整的小型曲流河河道和点坝沉积，标记剖面的起点、终点。
(2)、从步骤（1）中标记的测线起点开始，对剖面进行岩石露头剖面测量描绘，绘制岩石露头地质剖面图，在图中对所有单层厚度大于10cm的沉积层进行描绘和记录，包括沉积界面的位置、沉积层的岩性、界面倾角；
(3)、分别选用100MHz和400MHz雷达天线沿测线对岩石露头剖面进行连续的探测；
(4)、对步骤（3）中100MHz和400MHz雷达天线采集得到的雷达数据分别进行数据成像处理，处理步骤包括直达波消除、信号饱和校正、背景噪音消除和能量均衡；
(5)、利用步骤(4)的雷达数据成像处理结果模拟步骤(2)所描述曲流河沉积岩石露头剖面的地震正演结果，其中，100MHz雷达天线采集数据的成像处理结果模拟曲流河沉积地层的低频地震正演结果，400MHz雷达天线采集数据的成像处理结果模拟曲流河沉积地层的高频地震正演结果；
(6)、对步骤(5)中的低频和高频地震正演结果进行比较，得到同一个曲流河点坝沉积体在高频和低频地震资料中各自的地震反射特征，其中，在低频资料中，点坝沉积体内部的侧积界面反射不清楚，剖面上的地震反射同相轴与大套的河流沉积体顶面近平行；在高频资料中，可以看到点坝沉积体内部的侧积界面反射，点坝沉积体内部的地震反射同相轴与大套的河流沉积体顶面斜交。
上述地震反射规律可以应用于TigerShoal地区曲流河点坝内部结构的地震资料解释，在高频地震资料中，通过识别与曲流河沉积体内部倾斜的地震反射同相轴，解释出点坝内部的侧积体，使得地震资料的地质解释精度由曲流河点坝沉积微相级别提高到沉积微相内部侧积体级别。
Claims (4)
1.一种基于岩石露头雷达探测的地层地震反射正演模拟方法，包括如下步骤：
(1)、选择岩石露头剖面，设置雷达探测测线；
(2)、岩石露头剖面测量和地质描绘；
(3)、分别选用100MHz和400MHz雷达天线沿测线对岩石露头剖面进行连续探测，得到相应频率天线探测的雷达剖面数据；
(4)、对步骤(3)采集的雷达数据进行数据成像处理；
(5)、利用步骤(4)的雷达数据成像处理结果模拟步骤(2)所描述岩石露头剖面的地震正演结果，其中，100MHz雷达天线采集数据的成像处理结果模拟岩石露头剖面的低频地震正演结果，400MHz雷达天线采集数据的成像处理结果模拟岩石露头剖面的高频地震正演结果；
(6)、对步骤(5)中的低频和高频地震正演结果进行比较，得到同一岩石露头地质体在高频和低频地震资料中各自的地震反射特征，指导地下储层的地震资料地质解释。
2.根据权利要求1所述的基于岩石露头雷达探测的地层地震反射正演模拟方法，其特征在于，步骤(1)具体如下：
选择的岩石露头剖面能够清楚地反映研究目标的地质结构，剖面上方地表起伏较小，便于雷达探测，岩石露头延伸长度一般不小于15m；在岩石露头正上方沿岩石露头剖面设置雷达探测测线，雷达探测测线距离剖面边缘0.5m～1m。
3.根据权利要求1-2所述的基于岩石露头雷达探测的地层地震反射正演模拟方法，其特征在于，步骤(2)具体如下：
从测线起点开始，对剖面进行岩石露头剖面测量描绘，重点测量和描述沉积界面、岩性界面和地层的地质结构，垂向上的地层界面描述精度达到分米级，对厚度大于一分米的薄层进行描述和记录。
4.根据权利要求1-3所述的基于岩石露头雷达探测的地层地震反射正演模拟方法，其特征在于，步骤(4)具体如下：
分别对100MHz和400MHz雷达天线采集得到的雷达数据进行数字成像处理，处理步骤包括直达波消除、信号饱和校正、背景噪音消除和能量均衡。
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