CN85106381B - 地震数据处理 - Google Patents

Abstract

一种可变振幅／相位彩色地震显示，以此可使解释人员更容易找出波峰、波谷和其它感兴趣的信息。

Description

地震数据处理

本发明涉及地震数据处理，从一方面来说，本发明涉及一种从多个地震波形曲线中产生增强地震显示的方法。

绘制地下地质图的地震方法包括地震能源的运用和通过地震检测器（一般称为地震检波器）阵列对它的接收。当在陆地上运用时，该地震能源一般是用电起爆的高爆炸力的炸药，炸药放在孔洞里，孔洞位于地面网格的一个选定格点上，或是一种能够给地面以一系列冲击的能源，比如在Vibroseis振动机中所用的。通过爆破和冲击在地里产生的声波从地层界面传回来，按照穿过的距离和地下的特性以不同的时间达到地面。用地震检波器检测这些返回声波，把这些声波转换成代表它的电信号。把许多地震检波器按照选定的方式排列成阵列，以便最有效地检测这返回的声波，并产生代表它们的电信号，进而从这些信号中可以推导出有关地下地质结构的数据。一般把这些电信号叫做地震波形曲线。

图1表示了地震源和检测器的一种典型阵列。把一组地震源（21-25号）和一组地震接收器（31-35号）围绕一个共同的中点来排列。为了便于演示，这里把地震源和地震接收器都等距离地放置，但并不一定要求如此。在地震勘探中，由于障碍物和其它一些因素的影响，通常都不会是这种等距离排列的情况。然而，对于每一个震源-接收器对，都应尽量以其共同中点等距离地放置。假设反射面37大体上平行于震源和接收器所在的平面，来自每个地震源的声波从一个共深度点反射，并且由各自对应的地震接收器接收，如图所示。可以把地震接收器31-35的输出表示为图2。

由于所有的波形曲线都是由来自共同深度点的反射产生的，故一般把图2所示的一组地震波形曲线叫做一个共同深度点集合。在某些场合，解释员直接利用图2所示的共同深度点集合。然而，更普通的是对图2所示的地震波形曲线求和，产生一个复合曲线，以增强由地震波形曲线的特征所代表的地下结构信息。这种求和的结果是对于共同深度点的一个单一地震波形曲线。这种求和的目的是突出在地震信号中的某些重要特征，并且减少或除去那些遮盖信号重要部分的特征，对于一组共同深度点，可以进行共同深度点迭加，其结果表示在图3中，一般把图3称作迭加数据的垂直地震剖面。

尽管图3所示的这种数据是地震数据解释员经常用的，但在某些时候很难从这种数据中检出波峰和波谷，这里所说的“波峰”是指如图2中R₃₅上的A点。而“波谷”是指如图2中R₃₅上的B点。

美国专利3，781，785、3，961，306、4，467，461;英国专利2，090，660（对应于美国专利4，467，461）;法国专利2，497，578;Taner的“复地震曲线分析”和Sheriff的“复地震曲线彩色显示的地质解释”。这些所揭示的是以一种或多种彩色曲线来显示变量的彩色地震显示。本发明与上述专利的不同是根据瞬时相位规定彩色，根据振幅来规定色调。

美国专利3，931，609、4，323，876的引用，是来自于针对本发明的检索，但根据其权利要求，与本发明并没有关系，这些参考文献除了揭示地震数据处理的各个方面以外，并未揭示地震数据的彩色显示。

美国专利3，986，160是涉及运用震动能量的客体的显示。这是美国审查员引用的参考文献，但并未发现与本发明有任何相关之处。

美国专利4，279，026揭示了一种根据振幅确定不同彩色的地震数据处理方法。而本发明与此专利的不同在于，除了根据振幅以外，还要根据瞬时相位来确定其彩色。

Paturet的“三维处理纲要”〔“3D Processing-GENERAL”〕的图15，揭示了一种地震彩色显示，它的彩色是由瞬时相位得出的，彩色的强度是从包络振幅得出的，这里利用了六种彩色。而本发明与Paturet的区域在于，采用了不同于六种彩色的四种彩色，并且采用了与包络振幅不同的实振幅。

本发明的目的正是提供一种方法，用于从图3所示的地震波形曲线中产生一个增强的地震显示。通过本发明的增强的地震显示与产生这个地震显示的多个波形曲线相比，更容易获得诸如波峰和波谷位置以及其它解释员感兴趣的信息。

根据本发明，把图2和图3中所示的那些地震波形曲线〔这些被认为是实的地震波形〕转换为虚的地震波形，然后确定在若干取样点上复地震波形曲线〔由实的和虚的组合而成〕的瞬时相位，同时确定在取样点上的振幅〔实部或包络〕。然后根据每个取样点的振幅和瞬时相位，对各取样点赋予某种颜色。于是用这些给定的颜色产生一个地震显示。以后，有时把这个结果称为可变振幅/相位地震显示，这个结果增进了反射事件的连续性，提供了各个尖灭〔pinchouts〕的位置的更清晰的图象，突出了一些小尺度的断层，对于反射特性的相关分析，这种显示比图3的显示更为有用。

这里，所谓“实地震波形曲线”是指实际记录的地震波形曲线。所谓“虚地震波形曲线”是指真实地震波形的希尔伯特〔Hilbert〕变换所谓“复地震波形曲线”是指由实波形（它是与真实地震波形曲线等同的）与虚波形（真实地震波形曲线的希尔伯特变换）组成的合成波形。

本发明的其它目的和优点从对本发明的上面简要描述和它的权项以及对图4-10的详细描述中将会更加清楚。

下面简要地描述其全部附图：

图1是一个典型的地震爆破阵列的示意图;

图2是从图1所示的地震阵列中可以接收到的波形图;

图3是经过共深度点迭加的多个地震波形曲线;

图4是根据本发明在产生可变振幅/相位地震显示中所用的最佳色组的图示;

图5是根据本发明，运用实振幅，把图3的地震波形曲线转换为可变振幅/相位地震显示的结果;

图6是根据本发明，运用包络振幅，把图3的地震波形曲线转换为可变振幅/相位地震显示的结果;

图7是用于三维地震数据的可变振幅/相位地震显示图形;

图8是产生图9的地震显示所用的色码;

图9是只根据振幅得到的常规彩色三维地震显示图形;

图10如同图5的可变振幅/相位地震显示，但没有经过图象增强。

本发明是用共深度点迭加数据（如图3所示）进行描述的，因为通常都使用这种数据来确定地下特征。然而，可将本发明应用到任何适合的地震波形曲线组。例如，可将本发明应用到如图2所示的地震波形曲线的共深度点集合。也可将本发明应用到以后几例中所示的三维数据的情况。

用于从图3所示的多个地震波形曲线中产生本发明的可变振幅/相位地震显示的步骤如下。如果需要，可将其中某些步骤变换次序。

1.选择采样率

在反射地震学中所获得的正弦波形曲线一般的长度范围大约从4秒到8秒，典型长度是6秒。

对于这样一种正弦波动，可用任何合适的数据采样率。然而，数据采样率应能供给足够的数据点，以便给出有意义的统计量。该数据采样率的范围一般是从大约2毫秒到4毫秒，最好是选用4毫秒的采样率。

2.确定振幅

一旦把数据采样率确立下来，接着就要确定在每个采样点上每个真实地震波形的振幅。正如那些精通地震数据解释的人们所熟知的，从图3所示的真实地震波形曲线可直接得到真实振幅。

值得指出的是，最好用与包络振幅不同的实振幅。但如果需要，也可用包络振幅。所谓实振幅是指在取样点上真实地震波形曲线的实际振幅。在取样点上的包络振幅，是指在取样点上复地震波形的实振幅平方与虚振幅平方之和的平方根，运用与包络振幅不同的实振幅能更清楚地描绘断层和尖灭，使得小断层之间的相关更容易，从而更易于解释可变振幅/相位地震显示。因此，尽管需要时也可运用包络振幅，并可给出有用的信息，但是运用与包络振幅不同的实振幅有很多好处，这一发现是本发明的一个特别重要部分。

3.从真实地震波形计算虚地震波形

对真实的地震波形曲线应用希尔伯特变换，把这真实的地震波形转换成虚地震波形。希尔伯特变换的这种应用曾由M.T.Tanner和R.E.Sheriff在题为Application of Amplitude，Freguency，and Other Attributes To Stratigraphic and Hydro-Carbon Determination的文章中描述过，该文章载于Charles E.Payton编辑的美国石油地质学会1977年第26号研究报告。该报告的总题目是：Seismic Strategraphy-Applications to Hydrocarbon Exploration。

4.确定复地震波形的瞬时相位

在取样点P（t）上复地震波形的瞬时相位由（1）式定义：

P（t）＝tan^-1〔h（t）/g（t）〕……（1）

这里，h（t）是在取样点上虚地震波形的振幅，而g（t）是在取样点上实地震波形的振幅。上述振幅h（t）和g（t）可直接从虚地震波形和实地震波形得到。

5.解释

如果希望的话，可以只对取样点赋予彩色，如下文将要更详细描述的那样。然而，只用这些取样点可能使可变振幅/相位地震显示看起来不那么舒服，而且可能给解释带来困难。所以最好运用图象增强技术以提供更高的视分辨率。

实质上，在两个取样点之间选若干点，对每个点赋予一个振幅和瞬时相位，于是在两个取点之间的彩色平滑地过渡。

填入的点数随着地震显示图的尺寸和绘图设备而变化。最好是填入足够的点数，使得不管显示图尺寸或所用绘图设备如何都能给出一个平滑的彩色过渡。

6.图象处理

一旦对可变振幅/相位地震显示里的每个点指定了真实振幅和瞬时相位，则就按照真实振幅和瞬时相位把彩色赋给每一点。

可以利用任何合适的彩色设计。要求至少有两种可区别的彩色或可区别的色调。然而，最好用比较多数目的彩色或色调，因为比较多的彩色或色调可给出更高的视分辨率，从而给出一个比较好看的图象，使得更加容易进行解释。具体地说，对于相位运用四种彩色最为有利，以后将更详细地描述此点。

在图4中表示了与Applicon绘图器一起使用的最好的一组彩色。参考图4，这里运用了四种基本彩色（绿、蓝、紫、橙色）的16个色调。每个色调代表不同的振幅，最好用最深的彩色代表最大的振幅，而用最浅的彩色代表最小的振幅。最好把最大振幅和最小振幅之间的范围分为一些相等的间隔，用每个色调代表一个这样的间隔。例如图3，振幅范围从0到6，000而每一个色调所覆盖的范围为400。

图4所示四种彩色的每一种都代表一个相位范围，对于图4的彩色所指定的范围如下：

彩色 范围

绿 -90°到-180°

蓝 0°到-90°

深红 0°到+90°

橙 +90°到+180°

如果愿意，对于相位也可用少于四种彩色，例如，图4的绿色可代表0到-180°，而蓝色可代表0到+180°，然而，若使用的彩色少于四种将导致丢失一些信息。同样，也可用多于四种彩色。然而，运用多于四种彩色也会导致信息的丢失，下面将更详细地描述此点。

地震波峰在0°相位。地震波谷在+180°或-180°的相位。地震波的零交叉点（如图2中的C点）在+90°或-90°相位。

由于有这些关系，发现运用图4所示的那些覆盖范围的四种彩色是最为理想的，彩色之间的变换直接地将我们所感兴趣的事件（波峰、波谷或零交叉点）告知解释人员。下面将举例更详细地说明。

运用多于四种彩色（比如六种彩色）会增加混淆和失去信息，因为感兴趣的事件发生在一些特定的瞬时相位上，而在这些瞬时相位上可能不产生彩色之间的变换。因此，发现运用四种彩色的好处是本发明的另一个特别有益的方面。

如果愿意，可以不把彩色变换设置在0°、90°和180°的相位上。在某些情况下，解释员可能对一个相位比如50°的相位感兴趣。在这种情况下，可把图4中的蓝和紫之间的变换设置在50°，其它的一些相位也相应地改变，这使得解释员能够确定发生在50°相位，140°相位等等的事件位置。

于是，一般来说，当运用四种彩色时，可根据一个相角基值（BA）按下面所列范围来设定彩色，但最好采用图4设定的相角范围。

彩色 范围

一 （BA-90°）到（BA-180°）

二 BA到（BA-90°）

三 BA到（BA+90°）

四 （BA+90°）到（BA+180°）

7.产生可变振幅/相位地震显示

一旦把彩色赋予了在可变振幅/相位地震显示中所用的所有点，则也就把该信息送到了产生所要可变振幅/相位地震显示的绘图器。可以用任何合适的绘图器。Applicon绘图器就是合适的一侧。

根据本发明，可以用任何适当的计算机程序来产生可变振幅/相位地震显示。在附录1中列出了用于IBM 3084计算机的合适计算机程序。对于会使用IBM 3084计算机的人员来讲，该程序是显然的。

下面再给出一些例子，以对本发明作进一步说明。

例Ⅰ根据本发明，运用图4所示的彩色，运用真实振幅，把图3中所示的多个地震波形曲线转换为可变振幅/相位地震显示。其结果表示在图5中。

参考图5，可以看出，波峰、波谷和零交叉点都很好确定。举例来说，蓝和紫之间的非常清楚的变换表示出波峰的位置。同样，绿和蓝之间的变换表示零点交叉点，而绿和橙之间的变换表示波谷。

从图3所示的地震波形曲线中还可以看出最大振幅，这是由图5的中心部分的较黑彩色表示的。还应该注意到，在图5中更容易发现断层、尖灭和事件相互关系。同时，在断层区强彩色线的变换表示了该断层的特性和尺寸。在彩色之间存在的白线也为更方便地解释创造了条件。

例Ⅱ

用例Ⅰ的同样方法将图3所示的多个地震波形曲线转换为可变振幅/相位地震显示，但这里用的是包络振幅而不是真实振幅。其结果表示在图6中。

参考图6，可以看出，同样能得到有价值的信息。然而，某些信息失去了，而且在图6中比在图5中更难使小的断层相关。同时，在彩色之间也没有白线，这使得对图6的解释比对图5更难。最后，图6的整个外貌不能给予解释员一个直观而又愉快的感觉。所以，最好用真实振幅。

例Ⅲ

如前所述，可以把可变振幅/相位地震显示应用到三维地震数据。

作为一个例子，把本发明应用到由图3所示的地震波形覆盖区域的时间片中。运用图4的彩色码，其结果表示在图7中。

作为一个比较，运用产生图7地震显示所用的同样数据，运用图8所示的彩色码，仅仅根据振幅产生一个常规的彩色三维地震显示。把这个地震显示表示在图9中。

图7和图9的比较说明，解释员从图7可获得比图9更多的地震信息。特别是从图7可得到波峰、波谷和零交叉点的位置，而从图9却得不到。

例3

对于图5所示的地震显示，若不经内插，则产生图10所示的结果。图10所示的显示是可以使用的，但这种块状的样子不符合解释员的直观要求。同时，在某种程度上失去了图5地震显示的清晰性，增加了解释员的困难。

根据最佳实施方案我们描述了本发明。在本发明的范围内，一些适当的变化是可能的。但如权利要求所述，所有这些变化都在本发明范围之内。

Claims (45)

1、一种从多个真实地震波形曲线中产生可变振幅/相位地震显示的方法，该方法包括下列步骤：

（a）对于所述多个真实地震波形曲线的每一个，选择多个数据点，其中所述的多个数据点间距相等;

（b）确定在步骤（a）中所选择的多个数据点中每个点的真实振幅;

（c）在步骤（a）中所选择的每个数据点上，确定对应于所述多个真实地震波形曲线的多个复地震波形曲线的瞬时相位;

（d）根据步骤（c）中在每一数据点所确定的瞬时相位，对步骤（a）中所选择的每个数据点赋予彩色一、彩色二、彩色三或彩色四，其中所述的彩色是根据表Ⅰ指定的，表中的BA是相角基值。

表Ⅰ

彩色 范围

一 （BA-90°）到（BA-180°）

二 BA到（BA-90°）

三 BA到（BA+90°）

四 （BA+90°）到（BA+180°）;

（e）对步骤（a）中所述的每个数据点赋予彩色一的一个色调，或彩色二的一个色调，或彩色三的一个色调，或彩色四的一个色调，其中所赋予的色调暗度是根据步骤（b）中确定的振幅来确定的，而对每个数据点所用的具体彩色是根据步骤（d）的瞬时相位确定的;

（f）绘制对每个数据点所指定的彩色和彩色色调，以产生所述的可变振幅/相位地震显示。

2、根据权利要求1的方法，其中所述的数据点距离为4毫秒。

3、根据权利要求1的方法，其中所述确定多个复地震波形曲线的瞬时相位的步骤包括：

（g）对所述多个真实地震波形曲线的每一个运用希尔伯特（Hilbert）转换，把所述多个真实地震波形曲线的每一个转换为对应的虚地震波形曲线;

（h）在步骤（a）中所选定的每个数据点上，确定来自步骤（g）的多个虚地震波形曲线的振幅;

（i）根据式子1确定步骤（a）中所选每个数据点上的瞬时相位P（t），

P（t）＝tan^-1〔h（t）/g（t）〕……（1）

其中h（t）是在步骤（h）中所确定的数据点上虚地震波形的振幅，g（t）是在步骤（b）中所确定的同样数据点上实地震波形的振幅，所述的多个复地震波形曲线的每一个都是一个实地震波形曲线和对应的虚地震曲线的合成。

4、根据权利要求1的方法，其中在步骤d中所赋予的彩色是根据表Ⅱ确定的;

表Ⅱ

彩色 范围

一 -90°到-180°

二 0°到-90°

三 0°到+90°

四 +90°到+180°

5、根据权利要求1的方法，其中在步骤（e）中，根据步骤（b）中所确定的振幅，对步骤（a）中所选的每个数据点，赋予彩色一，彩色二，彩色三或彩色四的十六个色调中的一个。

6、根据权利要求5的方法，其中把彩色一，彩色二，彩色三或彩色四的比较深的色调赋予较大的振幅，而把较浅的色调赋予较小的振幅。

7、一种从多个真实地震波形曲线产生可变振幅/相位地震显示的方法，所述的方法包括下列步骤：

（a）对于所述多个真实地震波形曲线的每一个选择多个数据点，其中所述的多个数据点的间距是相等的;

（b）确定在步骤（a）中所选择的多个数据点中每个点的真实振幅;

（c）在步骤（a）中所选择的每个数据点上，确定对应于所述多个真实地震波形曲线的多个复地震波形曲线的瞬时相位;

（d）根据步骤（c）中在每一个数据点上所确定的瞬时相位;对步骤（a）中所选的每个数据点，赋予至少两种彩色中的一种;

（e）对步骤（a）中所确定的每个数据点赋予一个在步骤（d）中所指定的彩色色调，其中所赋予的色调深度是根据步骤（b）中所确定的振幅;

（f）绘制出对每个数据点所赋予的彩色和彩色的色调，以产生所述的可变振幅/相位地震显示。

8、根据权利要求7的方法，其中所述的数据点间距为4毫秒。

9、根据权利要求7的方法，其中确定所述多个复地震波形曲线的瞬时相位的步骤包括：

（g）对所述多个真实地震波形曲线的每一个运用希尔伯特（Hilbert）变换，把所述多个真实地震波形曲线的每一个转换为对应的虚地震波形曲线;

（h）在步骤（a）所选定的每个数据点上，确定来自步骤（g）的多个虚地震波形曲线的振幅;

（i）根据式子1确定步骤（a）中所选每个数据点上的瞬时相位P（t），

P（t）＝tan^-1〔h（t）/g（t）〕……（1）

其中h（t）是在步骤（h）中所确定的数据点上虚地震波形的振幅，其中g（t）是在步骤（b）中所确定的同样数据点上实地震波形的振幅，所述的多个复地震波形曲线的每一个都是一个实地震波形曲线和对应的虚地震波形曲线的合成。

10、根据权利要求7的方法，其中根据步骤（b）所确定的振幅，对步骤（a）中所选的每个数据点，对在步骤（d）中所指定彩色，在步骤（e）中赋予十六个色调中的一个。

11、根据权利要求10的方法，其中把步骤（d）中所指定的较深色调赋予较大振幅，而把较浅色调赋予较小振幅。

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