物探新方法、新技術(shù)

第一章地震模擬技術(shù)地震模擬技術(shù)是指用物理模型和數(shù)學(xué)模型代替地下真實介質(zhì)，用物理實驗和數(shù)學(xué)計算模擬地震記錄的形成過程，以得到理論地震記錄的各種方法和技術(shù)。物理模擬：物理模擬是用一些已知參數(shù)的介質(zhì)做成一定幾何形態(tài)的模型來模擬地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，采用超聲波模擬地震波，專用換能器模擬震源和檢波器，將野外地震勘探過程在實驗室內(nèi)重現(xiàn)，得到理論地震記錄的方法和技術(shù)。物理模擬的優(yōu)點是與實際情況接近，真實性和可比性高；缺點是模型制作和改變參數(shù)均困難、成本較高。合成地震記錄制作合成地震記錄的假設(shè)條件是：地下介質(zhì)是水平層狀的，無巖性橫向變化，各層間密度變化不大，均可視為常數(shù)；地震子波以平面波形式垂直向下入射到界面，各層反射波的波形與子波波形相同，只是振幅和極性不同；所有波的轉(zhuǎn)換、吸收、繞射等能量損失均不考慮。制作合成地震記錄的步驟是：(1)獲得反射系數(shù)反射系數(shù)曲線R(t)n波阻抗曲線z(v,p)根據(jù)假設(shè)(1)，可用速度曲線代替波阻抗曲線。通常用聲速測井資料即可，但某些地區(qū)無聲速測井資料，也可利用電測井資料獲得聲速資料(法斯特公式)v(h)二2x103(hp)1/6 (1-1)地震子波的選擇選用不同的子波來制作合成記錄，與井旁的地震道比較，選擇最接近的一個。不考慮多次波及透射損失情況地震子波與地層反射系數(shù)的褶積為合成記錄TOC\o"1-5"\h\zb(t)*g(t)二s(t) (1-2)不考慮多次波，但考慮透射損失情況b(t)*亍(t)二s(t) (1-3)式中r(t)—t時刻并考慮以上各界面透射損失的等效反射系數(shù)。例如第n個界面的等效反射系數(shù)為g-g(12)(12)(1_g2)n n n-1 n-2 1考慮多次波及透射損失情況b(t)*「(t)=s(t) (1-4)式中r(t)—t時刻并考慮多次波與以上各界面透射損失的等效反射系數(shù)。圖1—3為合成地震記錄的示意圖。利用合成地震記錄，對地震剖面上的地質(zhì)層位進(jìn)行標(biāo)定，但不可能完全匹配。二維合成地震記錄對垂直傳播和零偏移距沒有限制?？梢阅M繞射現(xiàn)象，也可以模擬與偏移距有關(guān)的初至、波形和振幅，同時考慮了波型轉(zhuǎn)換。地震數(shù)值模擬1.3.1概述地震數(shù)值模擬（SeismicNumericalSimulationorSeismicNumericalModeling）是在假定地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和相應(yīng)物理參數(shù)已知的條件下，模擬研究地震波在地下各種介質(zhì)中的傳播規(guī)律，計算地面或地下各點地震記錄的一種地震模擬方法。地震數(shù)值模擬與地震物理模擬同屬于地震正演過程，即已知地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和相應(yīng)物理參數(shù)，預(yù)測地面或地下各點的地震記錄。而地震勘探為地震反演過程，即利用地面或地下各點的地震記錄來推導(dǎo)地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型（包括構(gòu)造和巖性）。地震反演是建立在地震正演基礎(chǔ)上的，因此地震數(shù)值模擬不僅可以進(jìn)行地震正演模擬研究，同時也是地震反演的基礎(chǔ)。地震數(shù)值模擬方法可以歸納為地震波方程數(shù)值解法、積分方程法和射線追蹤法三大類。不同的地震數(shù)值模擬方法基于不同的波動方程表達(dá)方式。第二章地震反演技術(shù)地震反演技術(shù)是巖性地震勘探的重要手段之一，是一門集地震、測井、地質(zhì)、計算機等多學(xué)科的綜合地球物理勘探技術(shù)。地震反演利用地表觀測地震資料，以已知地質(zhì)規(guī)律和鉆井、測井資料為約束，對地下巖層空間結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)進(jìn)行成像（求解）的過程，是反演地層波阻抗（或速度）的地震特殊處理解釋技術(shù)。地震反演方法具有明確的物理意義，是預(yù)測巖性的確定性方法，在油氣勘探中取得了顯著的地質(zhì)效果。煤田地震反演工作起步較晚，處在疊后地震反演的研究和初步應(yīng)用階段。近年來，我們把地震反演技術(shù)應(yīng)用于多家煤礦，其關(guān)注的重點是煤礦安全開采的有關(guān)地質(zhì)問題，獲得了豐富的地質(zhì)成果，主要包括：（1） 提高弱反射煤層的可檢測性；（2） 利用反演剖面提供的巖性信息來劃分地層，研究煤層頂板的穩(wěn)定性；（3） 確定奧陶系灰?guī)r頂部巖層中的含隔水性，查明含、隔水層的空間分布和厚度分布；（4） 圈定火成巖侵入煤層的范圍；（5） 預(yù)測煤層厚度；（6） 劃分新生界下部地層巖性和含隔水性地震反演方法的分類從使用的地震資料來分，地震反演可分為疊前反演（基于旅行時的層析成象技術(shù)和基于振幅的AVO分析技術(shù)）和疊后反演（基于旅行時的構(gòu)造反演和基于振幅的波阻抗反演）；從利用的地震信息來分，地震反演可分為旅行時反演和振幅反演；從反演的地質(zhì)結(jié)果來分，地震反演可分為構(gòu)造反演、波阻抗反演和多參數(shù)巖性（地震屬性）反演；從實現(xiàn)方法上來為，地震反演可分為遞推反演、基于模型的反演和地震屬性反演。地震反演方法基本上分成兩大類，一類是建立在較精確的波動理論基礎(chǔ)上，即波動方程反演。這類方法主要在理論上進(jìn)行探討，尚未達(dá)到實用階段。另一類是以地震褶積模型為基礎(chǔ)的反演方法，目前流行的都屬于這一類。具體地說，它又分成兩類：一類是由反射系數(shù)推得的直接反演法，如虛測井、道積分等；另一類是以正演模型（褶積模型）為基礎(chǔ)的間接（迭代）反演法，如無井資料的廣義線性反演和有井資料的寬帶約束反演、基于模型地震反演等?；谀Ｐ偷牡卣鸱囱莼谀Ｐ偷牡卣鸱囱莘椒ǜ鶕?jù)鉆孔測井?dāng)?shù)據(jù)縱向分辨率很高的有利條件，對井旁地震資料進(jìn)行約束反演，并在此基礎(chǔ)上對孔間地震資料進(jìn)行反演，推斷煤系地層巖性在平面上的變化情況，這樣就把具有高縱向分辨率的已知測井資料與連續(xù)觀測的

地震資料聯(lián)系起來，實行優(yōu)勢互補，大大提高三維地震資料的縱、橫向分辨率和對地下地質(zhì)情況的勘探研究程度?；谀Ｐ偷卣鸱囱莸幕驹硎墙⒃诘卣鹩涗涶薹e模型基礎(chǔ)上，即地震記錄S(t)是反射系數(shù)R(t)和地震子波W(t)的褶積：S(t)=R(t)*W(t)。其實質(zhì)就是從測井資料出發(fā),根據(jù)鉆井分層數(shù)據(jù)及時深關(guān)系對井進(jìn)行精細(xì)時深標(biāo)定，建立一個初始波阻抗模型，用此模型合成地震剖面與實際地震剖面作比較，然后不斷修改模型，使合成剖面最佳地逼近實際剖面，得到最終的地質(zhì)模型。基于模型的地震反演流程見圖2—1，其基本步驟包括：測井資料測井資料繁理地震資料舛理層位解釋地震資料測井資料測井資料繁理地震資料舛理層位解釋初始模:誤差:修改子波或模型輸出結(jié)果圖2—1基于模型的地震反演流程圖(1)測井資料的處理如果是模擬測井資料，首先要對其進(jìn)行數(shù)字化處理。同時，由于每一口井的位置及其他干擾因素的存在，每條測井曲線的值存在較大的差異。因此，要根據(jù)每口井的柱狀圖及實際物性參數(shù)對每口井進(jìn)行歸一化處理。而對于數(shù)字測井可免去這一步驟。最后在由測井資料計算出巖層的反射系數(shù)序列。(2)層位解釋將地震數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)的處理以后，要進(jìn)行精確的層位解釋，層位是建立模型的基礎(chǔ)，層位解釋的精確與否直接影響著模型的精度。子波提取合成記錄的制作以及下面的反演運算中都要用到子波，子波的提取是重要的一環(huán)。合成記錄制作及層位標(biāo)定將子波與反射系數(shù)序列進(jìn)行褶積得出合成記錄，然后將合成記錄與地震記錄進(jìn)行精確的標(biāo)定，標(biāo)定的結(jié)果是拉伸或壓縮了井曲線。模型建立與修正初始模型的建立是一個人機交互的處理過程，對反演結(jié)果的好壞有直接影響。首先通過地震資料進(jìn)行層位解釋，制作合成記錄，對每口井與井旁地震道做層位標(biāo)定；并以層位解釋為控制，從井點出發(fā)，將測井?dāng)?shù)據(jù)外推內(nèi)插，在三維空間的每一個點建立初始模型。這個過程實際上是把橫向上連續(xù)變化的地震界面信息，與垂向上具有高分辨率的測井信息相結(jié)合的過程。地震反演有了子波和初始模型，下一步就可以進(jìn)行反演運算。運算過程主要通過修改初始模型，使合成剖面最佳逼近實際地震剖面。地震反演關(guān)鍵技術(shù)2.3.1地震資料高保真處理為了做好地震資料的高保真處理，通常應(yīng)注意以下幾點：(1)對原始資料的異常道進(jìn)行精細(xì)的剔除操作，這是最基本也是最重要的一個步驟；(2)做好高精度靜校正和精細(xì)速度分析工作；(3)注意保護(hù)原始資料的帶寬，防止片面強調(diào)提高資料的信噪比；(4)盡量使用地表一致性反褶積等多道反褶積，防止使用單道反褶積，從而保證激發(fā)地震子

波的一致性和橫向變化的唯一性；(5)做疊后修飾處理時，防止過度修飾而損失至關(guān)重要的振幅相對變化信息。田地震資料反演的一個關(guān)鍵難點是很多礦區(qū)只有密度測井和電阻率測井資料，而沒有對地震反演至關(guān)重要的聲波測井資料。因此，必須通過Gardner公式把密度測井曲線轉(zhuǎn)換為擬聲波測井曲線P=avb (1)式中，P為密度，g/cm3；v為速度，m/s。Gardner公式的兩個系數(shù)因子a和b是統(tǒng)計擬合值，對于油氣勘探的目的層通常取0.31和0.25。但是，它們不適用于煤系地層。要取得好的地震反演效果，就必須在所研究區(qū)域中收集盡量多的鉆井和測井資料，由最小二乘法擬合出適合本礦區(qū)的系數(shù)因子值。2.5結(jié)論地震反演技術(shù)是巖性地震勘探的重要手段之一，根據(jù)鉆孔測井?dāng)?shù)據(jù)縱向分辨率很高的有利條件，對井旁地震資料進(jìn)行約束反演，并在此基礎(chǔ)上對孔間地震資料進(jìn)行反演，推斷煤系地層巖性在平面上的變化情況，這樣就把具有高縱向分辨率的已知測井資料與連續(xù)觀測的地震資料聯(lián)系起來，實行優(yōu)勢互補，大大提高三維地震資料的縱、橫向分辨率和對地下地質(zhì)情況的勘探研究程度，在煤礦深部安全開采中發(fā)揮重要作用。地震反演技術(shù)已經(jīng)在多家煤礦得到應(yīng)用，以解決煤礦安全開采中的不同地質(zhì)問題。但是，在應(yīng)用過程中尚存在著諸多技術(shù)問題，煤田地震反演工作仍然處于起步階段。在今后的工程實踐中，應(yīng)該根據(jù)具體地質(zhì)情況加強煤田地震反演技術(shù)的研究，將煤田三維地震巖性勘探水平進(jìn)一步提高，實現(xiàn)煤田地震勘探從構(gòu)造解釋階段向巖性解釋階段的跨越。第三章地震屬性技術(shù)地震屬性的概念與分類地震屬性的概念地震屬性是指從疊前和疊后地震數(shù)據(jù)中提取出來的運動學(xué)、動力學(xué)和統(tǒng)計學(xué)地震特殊測量值，過去的文獻(xiàn)常稱為地震屬性參數(shù)，現(xiàn)在已統(tǒng)稱為地震屬性。地震屬性技術(shù)是指提取、顯示、分析和評價地震屬性的技術(shù)，在煤田地震勘探中包括地震屬性的提取、地震屬性的分析、利用地震屬性區(qū)分構(gòu)造、巖性并進(jìn)行目的層預(yù)測。地震屬性分類地震屬性的分類沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同的學(xué)者分別提出過不同的屬性分類。結(jié)合煤田地震勘探的特點，可以根據(jù)運動學(xué)/動力學(xué)特征把地震屬性分成八個類別：時間、振幅、頻率、相位、波形、相關(guān)、吸收衰減、速度。地震屬性的類型很多，要根據(jù)解決的地質(zhì)問題來選擇相應(yīng)的地震屬性。地震屬性技術(shù)的關(guān)鍵在于屬性提取，提取方式包括同相軸屬性提取和數(shù)據(jù)體屬性提取。1．提取同相軸屬性同相軸屬性是與某個界面有關(guān)的地震屬性，具體提取方法包括瞬時提取法、單道分時窗提取法和多道分時窗提取法。瞬時提取法即傳統(tǒng)的“三瞬”參數(shù)，瞬時振幅、瞬時相位和瞬時頻率。單道分時窗提取法是在一個地震道上用“可變時窗”提取各類屬性參數(shù)，通過解釋出的反射同相軸來定義可變時窗的上界和下界。常用的有時間域?qū)傩詤?shù)、頻率域?qū)傩詤?shù)和分形分維屬性參數(shù)。

多道分時窗提取法是在多個地震道上用可變時窗提取各類屬性參數(shù)，除了要定義可變時窗的上界和下界外，還需要定義處理道數(shù)。將所得到地震屬性放到中心道位置上。常用的有品質(zhì)因素和二維分形參數(shù)。2．提取數(shù)據(jù)體屬性基于數(shù)據(jù)體的地震屬性將產(chǎn)生一個完整的屬性體，其最大優(yōu)點是能產(chǎn)生相關(guān)型的數(shù)據(jù)，從而提供逐道之間地震信號相似性和連續(xù)性的有用信息。將固定的三維數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)化為能反映一定地球物理特征的新三維數(shù)據(jù)體。最常見的是相干數(shù)據(jù)體和方差數(shù)據(jù)體。3.2地震屬性提取煤層地震波中含有大量地震信息，無論是煤層的構(gòu)造變化或巖性變化都會引起它們的變化。煤層的構(gòu)造或巖性變化主要反映在密度、速度及其它彈性參量的差異上，這些差異導(dǎo)致了地震波在傳播時間、振幅、相位、頻率等方面的變化或異常。當(dāng)煤層產(chǎn)生大的構(gòu)造變化時，在地震剖面上可以看到地震波同相軸明顯的走時變化及振幅、相位的變化，而有些信息如頻率等的變化卻難以直觀地分析。對于煤層中的小構(gòu)造異常，用常規(guī)的人工識別方法往往是無能為力的。如果首先仔細(xì)地研究小構(gòu)造變化引起地震信息變化的特征，反過來提取這些特征，就可以作為小構(gòu)造識別的依據(jù)。1．時間屬性提取從圖3一1波形函數(shù)f(t)中提取所示各屬性參數(shù)。圖3圖3—1時間、振幅屬性參數(shù)示意圖(1)波峰相位時間：T T2。max1max2⑵波谷相位時間：T T「°minimini2．振幅屬性提取波峰波谷振幅(相對振幅)：A廠A]]-A”A2=A2i-A20；時域平均能量蟲A2(t)jL(3-1)L式中AT(i)——第1道波形在時窗Tl內(nèi)的平均時域能量;A(t)——t.瞬間振幅采樣值。3．頻率屬性提取

圖3—2頻率、相位屬性參數(shù)示意圖(1)寬頻帶總能量如圖3—2所示，以所拾取的反射時間為中心，選取一時窗，對地震信息作富氏變換，得對應(yīng)的頻譜。然后在一定的頻帶范圍內(nèi)［fWL,fWH］對能量求和，即計算這一頻帶WLWH范圍內(nèi)能量譜線下的面積。寬頻帶總能量QFW⑴可表示為QFW(i)=如A2(f) (3-2)if=fWL應(yīng)用中可以根據(jù)具體情況來選擇參數(shù)fWL和fWH，原則上是將不需要的頻率成份排WL WH除在外。主頻帶能量主頻帶能量QFL(i)可以表示為QFL(i)=%A2(f) (3-3)if=fML同理，根據(jù)具體情況來選擇參數(shù)fMH和fML。如圖3—2所示，以主頻65Hz為中心，MHML以10Hz為寬度，計算這一頻帶范圍振幅譜曲線下的面積。主頻帶能量百分比主頻帶能量百分比RFLW(i)為RELW(iRELW(i)=QFL(i)QFW(i)(3-4)從圖2—2可為看出，其比值RFLW(i)等于以fL為中心而寬度為10Hz的那部分面積B與總面積(A+B+C)之比。一般分析可知，寬頻帶總量比較穩(wěn)定，RFLW(i)和QFL(i)變化近似一致。(4)低頻帶能量低頻帶能量Qf(i)可以表示為Qf(i)=蘭A2(f) (3-5)if=5(5)平均頻率平均頻率FA(i)是在將能譜曲線下的面積平分為二的頻率值，如圖3—2所示，其計算公式是男A2(f)=￡A2(f) (3-6)iif=fWL f=FA(6)峰值頻率峰值頻率FM(i)也稱為主頻，它是振幅譜曲線A’。的極大值對應(yīng)的頻率。4．相位屬性提取峰頻相位峰頻相位PHM⑴為峰值頻率所對應(yīng)的相位。平均頻率相位平均頻率相位PHA⑴為平均頻率所對應(yīng)的相位。5．波形屬性提取

1977年，法國數(shù)學(xué)家Mandelbrot首次提出分形幾何學(xué)的設(shè)想，并在十多年中得到較快地發(fā)展。長期以來，人們習(xí)慣于在歐氏空間中研究問題，而自然界中有很多問題是無法用傳統(tǒng)科學(xué)解決的。分形幾何學(xué)更準(zhǔn)確地揭示了自然界的本來面貌，用簡單方法描述復(fù)雜現(xiàn)象，用規(guī)則的方法處理不規(guī)則的問題。在越混亂、越無規(guī)則、越復(fù)雜的領(lǐng)域，它就越有成效。分形學(xué)作為數(shù)學(xué)的一個新的分支，在八十年代已成為熱門學(xué)科之一，它為非均勻性、突變性、差異性和間斷性的研究提供了一種行之有效的工具。地震屬性處理3.3.1時窗選取地震屬性參數(shù)的提取，總是針對某一層位的反射波進(jìn)行的。因此提取地震屬性遇到的第一個問題是時窗的選取。時窗選取的好壞直接關(guān)系到所提取的地震屬性能否真實反映地下的構(gòu)造特征，所以選取時窗時應(yīng)格外慎重。時窗長度的選取原則是：盡可能只包含目的層反射波，而將干擾波排除在外。目前的各種解釋系統(tǒng)具有強大的交互解釋功能，其層位拾取能力很強。使用解釋工作站的層位數(shù)據(jù)可以在屬性提取時使用。3.3.2平滑濾波由于采集系統(tǒng)的實際情況決定了提取的地震屬性參數(shù)有一定的隨機性，使地震屬性參數(shù)曲線上“毛刺”很多，且可能出現(xiàn)個別非地質(zhì)因素引起的異常(也稱“野值”)?！懊獭焙汀耙爸怠钡某霈F(xiàn)，對利用地震屬性參數(shù)進(jìn)行模式識別是十分有害的，因為它們會干擾解釋工作，造成誤判、降低判別準(zhǔn)確度和精度，因此需要作平滑處理。處理后不僅能除掉“野值”點，而且能消去“毛刺”，使地震屬性參數(shù)的變化規(guī)律更明顯，從而更好地用于地質(zhì)解釋。常用的平滑濾波方法有兩種，分別為均值濾波和中值濾波。1．均值濾波均值濾波分為兩步，第一步是去野值(3-17)=x(n)。其中x(i)(3-17)=x(n)。其中x(i)是第jjx(n)-x(n)jjx(n)j當(dāng)n-m當(dāng)＞九時，就認(rèn)為x(n)是野值，令x(n)jji道第j種地震屬性參數(shù)值；x(n)是以第n道為中心，第j種地震屬性參數(shù)的2m+1道j平均值；九是大于零的可選參數(shù)。第二步是7點平滑濾波x'(i)=a+0.6x(i)+b (3-18)jj式中a=0.025x.(i-3)+0.075x.(i-2)+O.lx.(i-l)b=0.025xj(i+3)+0.075*+2)+0,1x.(i+1)其中，x'(i)、x.(i)是平滑濾波前、后的第i道第j種地震屬性參數(shù)值。jj2．中值濾波常用的平滑方法實質(zhì)上屬于低通濾波，可以平滑峰值或谷值的作用，但是它也存在一些缺點，比如模糊邊界位置，對非平穩(wěn)信號處理效果不好。而中值濾波器是一種特殊的非線性濾波器，它同時具有抑制噪聲和保護(hù)邊緣的特征，特別是在非平穩(wěn)信號的處理

中取得了較大的成功。對于提取的屬性參數(shù)，為了提高利用模式識別方法預(yù)測構(gòu)造異常發(fā)育帶的可靠性，在參數(shù)處理中提供了一種中值濾波器，具體算法如下：假設(shè)地震記錄由下式來描述｛x｝(i=l,…，N；j=l,…，N)式中，i和j分別i,j x t為數(shù)據(jù)的空間與時間下標(biāo)，N表示數(shù)據(jù)的空間采樣數(shù)即地震道數(shù)，N表示每道地震記xt錄的時間采樣數(shù)。令第i道的數(shù)據(jù)序列為X(j=l,…，N)，如果給定的中值濾波器jt的跨度為N(—般N為奇數(shù)),則對第i道的數(shù)據(jù)的第k點的中值濾波過程如圖3—5所示:取以第k個點為中心的N個樣點；對這N個樣點按數(shù)值從小到大的順序排列；取排序后的N個樣點的中心位置的數(shù)值作為第k點的輸出值。重復(fù)上述過程，則實現(xiàn)了對地震數(shù)據(jù)記錄｛x｝的中值濾波。原始數(shù)據(jù)：X ，k-(N-1)/2X，■■，Xk k+(N+1)/2排序:Y ，-k-(N-1)/2Y，■■，Yk k+(N+1)/2輸出:Yk圖3—5中值濾波原理3.3.3歸一化處理由于地震屬性參數(shù)的量綱各不相同，相互之間不易進(jìn)行對比，這將會給定量分析帶來影響。因此，在對地震屬性參數(shù)進(jìn)行模式識別以前，需要對數(shù)據(jù)做歸一化處理，使得所有地震屬性參數(shù)具有相同的變化范圍，在應(yīng)用中有等量貢獻(xiàn)。實際歸一化處理時，選用變幅極值歸一化法，其數(shù)學(xué)模型是y(3-l9)A(x(i)-B)y(3-l9)jxmaxj式中x(i)、y(i) 歸一化前、后的第i道第j種地震屬性參數(shù)值;jjx——第j種地震屬性參數(shù)的極大值；maxjB、A—幅度控制參數(shù)，可根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇，目的是突出異常值3.4.3煤礦地震勘探中的應(yīng)用解釋斷裂構(gòu)造發(fā)育帶解釋煤層的變薄沖刷帶預(yù)測瓦斯富集帶煤層氣地震勘探中的應(yīng)用結(jié)論煤層反射波中含有大量地質(zhì)信息，無論是煤層的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)或巖性變化都會引起地震屬性的變化。在煤田地震勘探中,煤層中的小構(gòu)造異常、結(jié)構(gòu)和巖性變化，用常規(guī)的人工識別方法往往是無能為力的。但是，利用地震屬性的變化來區(qū)分構(gòu)造、進(jìn)行煤層結(jié)構(gòu)和巖性解釋是可行的。地震屬性技術(shù)是煤礦開發(fā)階段的重要手段，可用于識別斷層及其它構(gòu)造、預(yù)測奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育帶、解釋煤層變薄沖刷帶、預(yù)測瓦斯富集帶等，應(yīng)用前景十分廣泛。第四章模式識別技術(shù)一個模式類是由一些給定的共同屬性所決定的一個類別，該類別中的一員就是一個模式。所謂模式識別也就是對所研究的對象根據(jù)其共同特征或?qū)傩赃M(jìn)行識別和分類。嚴(yán)格地說，模式識別不是簡單的分類學(xué)。模式識別過程主要包括三部分，首先從觀測樣品中提取特征；然后按照某種原則對這些特征進(jìn)行選擇，保留一些起主要作用的特征用于識別；最后采用各種判別方法或聚類方法，根據(jù)多個特征對樣品進(jìn)行研究和分類。模式識別的方法很多，本章討論了模糊綜合評判、模糊模式識別、分段線性模式識別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別等四種方法。X -1圖4—1神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型神經(jīng)元的內(nèi)部狀態(tài)s為s=￡wx-0 (2-26)iii=0式中 X——第i個輸入元素；iw 第i個輸入與神經(jīng)元之間的連接權(quán)重；i0——神經(jīng)元的內(nèi)部閾值。神經(jīng)元的輸出y為y=f(s) (4-27)函數(shù)f是一個非線性函數(shù)，稱作激活函數(shù)。一個神經(jīng)元的性質(zhì)取決于它的閾值和激2．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一個簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由若干個神經(jīng)元組成，各個神經(jīng)元之間通過相互連接形成網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)可分成輸入信息的神經(jīng)元組成的輸入層，輸出信息的神經(jīng)元組成的輸出層，其余神經(jīng)元組成的中間層或隱層。神經(jīng)元之間的連接不只是單純的傳送信號的通道，而且對所傳遞的信息進(jìn)行加權(quán)處理，可以加強或減弱上一個神經(jīng)元的輸出對下一個神經(jīng)元的剌激，這個加權(quán)系數(shù)稱為連接權(quán)重（或稱為連接強度）。3．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)規(guī)則神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法可分為兩類：有監(jiān)督的和無監(jiān)督的。有監(jiān)督學(xué)習(xí)算法的訓(xùn)練要求同時給出輸入和正確的輸出，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)當(dāng)前輸出與所要求的目標(biāo)輸出的差來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，使網(wǎng)絡(luò)做出正確的反映。無監(jiān)督學(xué)習(xí)算法的訓(xùn)練只需給出輸入，網(wǎng)絡(luò)能夠逐漸演變到對輸入的某種模式做出特定的反映。4.5應(yīng)用實例 （1）識別斷層（2）預(yù)測煤層厚度第五章相干/方差體技術(shù)相干/方差體技術(shù)的基本原理相干/方差體技術(shù)通過量化處理地震數(shù)據(jù)體的相干屬性，生成新的相干/方差體數(shù)據(jù)體，突出和強調(diào)地震數(shù)據(jù)的不相關(guān)性。相干/方差體技術(shù)利用相鄰道地震信號之間的相似性來描述地層、巖性等的橫向非均勻性，特別是在識別斷層以及了解與儲集層特征密切相關(guān)的砂體展布等方面非常有效。應(yīng)用三維相干/方差數(shù)據(jù)體時間切片進(jìn)行構(gòu)造解釋和巖性解釋，可以幫助解釋人員迅速認(rèn)識整個工區(qū)斷層等構(gòu)造及巖性的整體空間展布特征，從而達(dá)到加快解釋速度及提高解釋精度、縮短勘探周期的目的。相干數(shù)據(jù)體的算法國內(nèi)外文獻(xiàn)中有關(guān)三維地震相干數(shù)據(jù)體生成方法的文獻(xiàn)很多，形成了很多算法。但是在實際地震勘探資料解釋中具有較好的應(yīng)用效果的主要是基于水平時間切片，并根據(jù)資料的信噪比、算法的穩(wěn)定性、利用特征值分析方法進(jìn)行相干分析和處理，發(fā)展了互相關(guān)算法C、相似性算法C、本征值算法C三種應(yīng)用比較廣泛的算法。1235.2.5三種算法的優(yōu)缺點分析C相干算法的最大優(yōu)點是可以分別沿inline、crossline線方向計算互相關(guān)系數(shù)，而1后進(jìn)行合成，因此計算量小、易于實現(xiàn)，對于利用普通微機來實現(xiàn)三維相干算法尤為實際；而其最大的缺陷是對于有相干噪聲或信噪比較低的資料，僅用兩道數(shù)據(jù)確定視傾角會有很大誤差；其次三道互相關(guān)算法的限制條件是假設(shè)地震道是零平均信號（只有相關(guān)時窗2w的長度大于子波長度時，這種假設(shè)條件基本上成立，即窗口大于地震反射的最長周期），但是較大的時窗將會混合感興趣的深部薄層，降低了相干數(shù)據(jù)的垂向分辨率。C由于采用了多道處理的方法，所以算法具有穩(wěn)健性、適應(yīng)于信噪比較低的資料2的優(yōu)點；能夠較準(zhǔn)確地計算有噪聲數(shù)據(jù)的相干性、傾角和方位角，用一個適當(dāng)大小的分析窗口，能夠較好的解決提高分辨率和提高信噪比之間的矛盾，但是同時帶來了計算成本也伴隨著窗口內(nèi)計算道數(shù)的增加呈線性遞增。其主要的不足是基于水平切片上一定時窗內(nèi)計算的相似性，因此對于地層存在傾角的情況不太適用，會造成上覆與下伏地層特征的混合，影響垂向分辨率。C相干算法從理論上講優(yōu)于C相干算法和C相干算法，這是因為該算法在有效信312

號大于噪聲的平均值時可以極大地壓制噪聲，因此相干算法比起其他兩種算法在斷層識別和邊緣檢測上具有更高的水平分辨率和垂直分辨率。因該算法要計算協(xié)方差矩陣的最大本征值，所以計算相當(dāng)耗時；另外，該算法不太適應(yīng)于陡傾角地層的計算。第六章AVO技術(shù)AVO技術(shù)是利用反射系數(shù)隨入射角變化的原理，在疊前道集上分析振幅隨偏移距變化的規(guī)律，估求巖石的彈性參數(shù)、研究巖性、檢測油氣的重要技術(shù)。AVO是振幅隨偏移距變化(AmplitudeVariationwithOffset)的英文縮寫或振幅與隨偏移距關(guān)系(AmplitudeVersusOffset)的英文縮寫，AVA是振幅隨入射角變化(AmplitudeVariationwithIncidentAngle)的英文縮寫。在地震勘探中，共中心點道集記錄的偏移距可以等價地用入射角表示，故AVO與AVA等價。6.1AVO技術(shù)的理論基礎(chǔ)根據(jù)地震波動力學(xué)中反射和透射的相關(guān)理論，反射系數(shù)(或振幅)隨入射角的變化與分界面兩側(cè)介質(zhì)的地質(zhì)參數(shù)有關(guān)。這一事實包含兩層意思：一是不同的巖性參數(shù)組合，反射系數(shù)(或振幅)隨入射角變化的特性不同，稱為AVO正演方法；二是反射系數(shù)(或振幅)隨入射角變化本身隱含了巖性參數(shù)的信息，利用AVO關(guān)系可以反演巖石的密度、縱波速度和橫波速度，稱為AVO反演方法。6.1.2Zoeppritz方程的近似方程1．Aki和Rechards(1980)的近似方程在大多數(shù)情況下，認(rèn)為相鄰兩層介質(zhì)的彈性參數(shù)變化較小，即AV/V、PPAV/V、Ap/p和其它值相比為小值，所以可略去它們的高次項，縱波的反射系數(shù)SS近似為C1 V2R(0)—C1 V2R(0)—1—p21 V2Psin20Apsec20AV

+ p2V—4—^sin20

V2PAVSVS(6-4)其中V、V和P分別為反射界面兩側(cè)介質(zhì)縱波速度、橫波速度和密度的平均值，即PSAV、AV和Ap分別為反射界面兩側(cè)介質(zhì)縱波速度、橫波速度和密度的差值，即PSAV=V—VAV=V—VAp=p—pPP2P1 SS2S1 210+00為縱波入射角與縱波透射角的平均值，即0二亠2亠(6-4)式說明縱波反射系數(shù)R(0)除了與縱波速度、密度有關(guān)外，還與入射角、透射角P和橫波速度(泊松比b)有關(guān)。因此，在疊前CDP道集中，非零炮檢距地震道的反射系數(shù)(或反射振幅)就包含了橫波的信息，故AVO屬性中包含了橫波與泊松比的信息。使用AVO特征相當(dāng)于縱、橫波聯(lián)合解釋有助于提高油氣檢測的準(zhǔn)確性。

由于sec20=1+tg20,（6-4）式經(jīng)整理后變?yōu)?空+如］+P丿(1由于sec20=1+tg20,（6-4）式經(jīng)整理后變?yōu)?空+如］+P丿(1AV V2AVV2AP1 p—4 s—2 12Vpsin20當(dāng)上式用V/V=2代入后得到PS任+AP,+_P1(AVP21Vp（6-6）式第一項中不包含橫波，即任+APAV+p(tg20—sin0)VPcAVAp1.n—2s—Isin20+VP丿S二0。令(6-5)1竺(tg20-sin20)2VP(6-6)PV-PV2P2 ^_ptV—VP2 + UP丿V+VP+PPV+PVp2 p1 2 1 2p2 1p1(6-7)這就是垂直入射時的縱波反射系數(shù)。當(dāng)入射角稍大（0°<0<30°）時，應(yīng)加上第二項，因為此時第三項的tg20-sin20<0.083，而AV/V又較小，所以可略去。只有當(dāng)入射角較大（0>30°）時，此pp時tg20—sin20增加較快，不能忽視，必須加上第三項。因此，當(dāng)入射角小于30°時，（6-6）式可簡化為AP1

P+因此，當(dāng)入射角小于30°時，（6-6）式可簡化為AP1

P+P丿R(0)Up(AV[Vp1(AV P1(AVp—221VpAVSVSAP1P丿sin20(6-8)2AV AP2——s— -VPS(6-9)此時（6-6）式可寫成(6-10)R(0)Up+Gsin20(6-10)p上式為sin20的線性方程，其中P是由零炮檢距截距構(gòu)成的地震道，即P波疊加的地震道，它代表對反射界面兩側(cè)的波阻抗變化的響應(yīng)；由斜率G構(gòu)成的地震道稱為梯度疊加道，它代表對反射界面兩側(cè)的橫波速度、縱波速度和密度變化的響應(yīng)也是振幅隨入射角（或炮檢距）的變化率。AVO技術(shù)的巖石物理學(xué)基礎(chǔ)1．巖性與泊松比試驗證明，泊松比是對區(qū)分巖性有著特殊作用的一個參數(shù)。通常，沉積巖的泊松比值大于0.2，泥巖的泊松比值為0.32~0.44，含水砂巖的泊松比值為0.25?0.35,含氣砂巖的泊松比值可降到0.1o因此，可以根據(jù)CDP道集記錄中的振幅隨偏移距的變化關(guān)系來勘探氣層。2．速度與泊松比通過大量的實驗和計算證實：影響反射振幅隨炮檢距變化的最主要因素是介質(zhì)的泊松比，其次才是速度。因此，AVO響應(yīng)實際是地層泊松比異常的反映。3．影響巖石泊松比的因素泊松比是一個物性常數(shù)，與縱、橫波速度比有關(guān)，不同巖石具有不同的泊松比。巖石的泊松比與巖石參數(shù)間（巖石成分、孔隙度、固結(jié)程度、溫度、壓力、流體類型和孔隙形態(tài)）的關(guān)系是復(fù)雜的，受多種因素的影響。AVO的處理技術(shù)1．恢復(fù)和保持相對振幅AVO處理必須在疊加前進(jìn)行嚴(yán)格的振幅保持和地表一致性等精細(xì)處理，盡可能消除影響振幅的各種主要因素。2．“三高”處理疊加是提高信噪比最有效的方法，但是不能使用，因為在AVO分析中需要的是疊前道集數(shù)據(jù)，而不是疊加數(shù)據(jù)。3．疊前偏移AVO分析應(yīng)當(dāng)采用偏移后的道集數(shù)據(jù)，即使目標(biāo)地層相對平坦，采用偏移后的數(shù)據(jù)也是有其好處的?？傊?，疊前偏移在整個AVO處理中是不可缺少的組成部分，應(yīng)當(dāng)給予應(yīng)有的重視。4．形成角度道和角度道集由于AVO分析是研究反射振幅隨入射角的變化，因此需要將野外觀測到的反射振幅隨炮檢距的變化關(guān)系（AVO）轉(zhuǎn)換為振幅隨入射角的變化關(guān)系（AVA）。 按照一定的入射角范圍（如7°~25°），將固定炮檢距的CMP道集上的道轉(zhuǎn)換為固定入射角的道，稱之為“角度道”，它是由一組不同炮檢距的道上固定入射角的那部分組成。不同入射角的角度道便形成角度道集。5?振幅Rp（0）與sin29的線性擬合對于每一個t°時間進(jìn)行振幅與sin29的線性擬合求取P和G,再由它們進(jìn)行加、減、乘，即P+G、P-G、P*G，可獲得AVO的主要屬性剖面。6.AVO分析對原始地震資料的要求一般要求最大炮檢距為目的層深度的2倍，這樣可使AVO變化明顯，得到較滿意的結(jié)果。AVO屬性剖面通過地震資料的處理可以獲得AVO反演的振幅信息和屬性參數(shù)，產(chǎn)生AVO屬性剖面。1.P波剖面（P值）沿每個CDP道集擬合出的P波所組成的剖面，接近于真正的法線入射道零炮檢距剖面，圖6—7是P波剖面。常規(guī)疊加道是不同入射角（炮檢距）記錄的平均，因為不能作為零炮檢距的好的近似。而P波剖面更接近于零炮檢距剖面，所以也更適合于反演處理。2?梯度剖面（G值）沿每個CDP道集擬合出的G所組成的剖面，圖6—8是梯度剖面。梯度剖面反

映的是巖層彈性參數(shù)的綜合特征。3．泊松比剖面(P+G)根據(jù)(6-15)式，當(dāng)縱、橫波速度比v/v二2時，P+G反映泊松比特征，圖6—9PS是泊松比剖面。在正常極性顯示下，正值意味著泊松比增加，負(fù)值意味著泊松比減少。一般巖石的泊松比隨深度增加而減小，淺部地層泊松比值大，含氣后就降低。4．S波剖面(P-G)P-P|—2 P-P|—2 1P+P丿21ApP(VApPTOC\o"1-5"\h\z=2 siIV+Vs2 s1=2R(0)s(6-18)2pV=2R(0)s(6-18)U2—^S2 Ipv+pv丿2s2 1s1顯然，P-G反映了S波信息，它是通過AVO分析從P波資料中獲取的，而不需要測量S波或轉(zhuǎn)換波，這是AVO分析的特點。圖6—10是S波剖面。5．碳?xì)錂z測剖面(P*G)多數(shù)情況下，油氣的存在使反射振幅P和梯度G絕對值都會增大。因此，P*G剖面可使能量更突出，正異常(P*G>0)說明AVO增加區(qū)域，可能暗示有油氣存在。圖6—11碳?xì)錂z測剖面。以上討論了五種AVO屬性疊加剖面，其實最基本的只有前兩種剖面。它們之間的加、減、乘運算，得到了后面的三種剖面。實際應(yīng)用時，根據(jù)具體情況選擇兩三種。而最重要的是，在這些屬性剖面上做進(jìn)一步的處理，如波阻抗反演，而AVO分析的效果將在最終的波阻抗剖面上得到體現(xiàn)。第七章三維可視化技術(shù)三維可視化(3DVisualization)技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期誕生的一門集計算機數(shù)據(jù)處理、圖像顯示的綜合性前緣技術(shù)。它是利用三維地震數(shù)據(jù)體顯示、描述和解釋地下地質(zhì)現(xiàn)象和特征的一種圖像顯示工具。它可使地球物理學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家“鉆入”到數(shù)據(jù)體中，更深刻地理解各種地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展和相互之間的聯(lián)系。三維可視化技術(shù)概述可視化技術(shù)是把描述物理現(xiàn)象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形、圖像，并運用顏色、透視、動畫和觀察視點的實時改變等視覺表現(xiàn)形式，使人們能夠觀察到不可見的對象，洞察事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。可視化技術(shù)有兩種基本類型：基于平面圖的可視化(SurfaceVisualization)和基于數(shù)據(jù)體的可視化(VolumeVisualization)，也稱為層面可視化和體可視化。層面可視化指的是地質(zhì)層位、斷層和地震剖面在三維空間的立體顯示，其主要用于解釋成果的檢驗和顯示。體可視化是通過對數(shù)據(jù)體(可以是常規(guī)地震振幅數(shù)據(jù)體，也可以是地震屬性數(shù)據(jù)體，如波阻抗體或相干體)作透明度等調(diào)整，從而使數(shù)據(jù)體呈透明顯示，其主要用于數(shù)據(jù)體的顯示和全三維解釋。第九章地震相分析技術(shù)基于波形的地震相分析技術(shù)綜合利用了地震波的頻率、相位、速度、能量等各種信息，是基于地震信號整體差異的分類，克服了上述缺陷，具有獨特解決問題的能力。9.3.4地震相處理1．地震相的概念地震相是指有一定分布空間的三維地震單元，它是特定沉積相或地質(zhì)體的地震相應(yīng)，其所包括的地震特征如反射結(jié)構(gòu)、振幅、連續(xù)性、頻率和層速度等與相鄰單元不同。地震相與沉積相之間往往是對應(yīng)的，但是這種對應(yīng)并不是絕對的，有時某一地震相單元可能包括兩種甚至兩種以上的沉積相，反過來，某一沉積相也可能形成多種地震反射特征，造成這種現(xiàn)象的主要原因有以下幾個方面：地震分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地質(zhì)方法的分辨率，地震剖面上不能反映較細(xì)致的巖性、巖相變化。地震資料中存在非地質(zhì)因素和非沉積因素的干擾。同一沉積相在不同地區(qū)或盆地的不同內(nèi)部，由于區(qū)域地質(zhì)背景和沉積條件的差異等，使同一沉積相的地震響應(yīng)也不盡相同。2．地震相參數(shù)地震相參數(shù)是識別地震相的標(biāo)志。在地震相分析中，最常用的地震相參數(shù)包括內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)、外部幾何形態(tài)、連續(xù)性、振幅、頻率、層速度等。地震相參數(shù)與響應(yīng)的地質(zhì)解釋見表9—2。表9—2地震相參數(shù)與相應(yīng)的地質(zhì)解釋地震相參數(shù)地質(zhì)解釋內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)總的巖層模式、物源方向沉積過程、侵蝕作用、古地理及流體界面外部形態(tài)總的沉積過程、物源方向、地質(zhì)背景反射連續(xù)性地層連續(xù)性、沉積過程反射振幅地層巖性、地層厚度、地層結(jié)構(gòu)、流體成分反射頻率地層厚度、流體成分層速度巖性、孔隙度、流體成分3．地震相劃分Stratimagic的主要特征之一是地震相劃分，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)每個地震道的形狀進(jìn)行分類，也就是劃分地震相。大多數(shù)情況下是按照地震道的形狀進(jìn)行分類，層段必須是一個等厚層段。地震數(shù)據(jù)體可以是振幅、相位、頻率或者其它的地震屬性體，如波阻抗或孔隙度等。9.4應(yīng)用實例9.4.1皖北臥龍湖煤礦圈定火成巖發(fā)育范圍9.4.2陜西大佛寺煤礦4煤厚度變化預(yù)測9.4.3陽泉二礦圈定15煤地質(zhì)異常體第十章各向異性介質(zhì)技術(shù)10.1各向異性介質(zhì)各向異性現(xiàn)象在地球介質(zhì)中是普遍存在的。廣義上講，