Name: 地下火山 3D 地震成像数据处理方法: 塔里木溢流玄武岩中的应用 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 58 s
Description: 了解三维反射地震学方法，从塔里木盆地工业地震数据中提取地下火山岩床与通道结构。该技术为火山学 plumbing 系统形态研究及喷发预测提供了可视化分析框架。

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作者感谢国家自然科学基金对 WT（批准号：41272368）和 QKX（批准号：41630205）提供的经费支持。

注意：数据处理流程包括：合成地震记录计算、合成-实际地震道相关分析以及地质体提取。以下是每个步骤的详细说明。
1. 合成地震图的计算
<ol>
	<li>计算井下测井曲线每个区间的声阻抗。 
	注意：声阻抗是“地震波速度”与“密度”的乘积（ρ*ν）。为了减少计算时间和混叠效应，数据通常会被平均到大于1英尺的采样间隔。</li>
	<li>计算反射系数（R0) 通过使用声阻抗计算来确定每个界面处的值： 
	<img alt="反射系数公式，R₀=(ρ₂v₂-ρ₁v₁)/(ρ₂v₂+ρ₁v₁)，数学方程。" src="/files/ftp_upload/55930/55930eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程"> 
	其中 ν1 和 ν2 分别为界面下方和上方各层的平均速度；ρ1 和 ρ2 是相应的平均密度。
	<ol>
		<li>若井位未穿过火成岩体，则使用邻近已钻遇目标岩层的井获取相关参数（速度、密度， 等等。).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>选择一个与邻近地震数据的振幅和相位谱相似的小波。</li>
	<li>将合成子波与整个测井剖面的反射序列进行卷积，生成合成地震记录。最终的模拟地震记录 T(t) 可通过以下卷积模型进行描述： 
	<img alt="时域方程 T(t) = R₀(t) × w(t) + n(t)，用于信号分析研究。" src="/files/ftp_upload/55930/55930eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程"> 
	其中 R0(tσ 是反射系数， w(t）是小波函数 n(t）是噪声。</li>
	<li>若地震数据的频率在整个井段存在较大变化，则应使用具有不同相位和在不同深度区间主频不同的子波，重新计算合成地震记录。
	<ol>
		<li>如果合成记录与地震数据之间的匹配效果不理想，则重复该过程。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用提供的软件进行计算（例如，Petrel E&amp;P 软件平台
	<ol>
		<li>启动软件。选择 文件 | 打开项目 然后选择演示研究项目 tlm （用户可选择自己所需的项目）。项目应包含研究区域内的井数据、测井曲线、井口位置、地震数据体及解释层面。</li>
		<li>点击 首页 | Windows | 2D 窗口 | 3D窗口 根据用户的偏好打开两个显示窗口以展示数据集。</li>
		<li>在“输入窗格的 Wells 树”中，右键单击目标孔。打开 设置 小孔的窗口并选择 时间 按 Tab 键以创建新的时间日志。选择 速度函数，然后选择 DT 新时间日志中的数据。单击 好的 关闭设置窗口的按钮。一个新的单向时间日志将自动生成，并显示在“输入窗格的井树”中。 
		注意：单程时间录井是该井的时间-深度关系。有线录井数据域可转换为时间域，并在时间域窗口中显示。</li>
		<li>激活现有 3D窗口 通过单击显示的窗口。如果没有 3D窗口 显示，创建一个新的 3D 窗口 通过点击 首页 | Windows | 3D窗口选择 TWT 在3D窗口的工具栏中选择以在时域中显示3D窗口。</li>
		<li>选择具有代表性的测井曲线（如 'GR'、'DT' 或 'RT'） 威尔斯树 在3D窗口中显示它们；同时，在“输入”面板的“地震”树中选择地震剖面，以在同一3D窗口中显示。</li>
		<li>使用 操作平面 使用 3D 窗口工具栏中的工具调整剖面位置，使其与井相交；用户将看到测井曲线已转换至时间域，并在同一 3D 窗口中与地震剖面一同显示。</li>
		<li>点击 地震解释 | 地震测井关联 | 地震测井关联流程. 选择 综合地震井震联合 在“研究类型”行中选择相应类型，并在“井”行中添加目标井。在输入选项卡的 TDR 行中，选择校准的一维时间对数作为时间-深度关系；在地震行中选择地震数据体。在反射系数计算方法中任选一条测井数据。</li>
		<li>点击 启动小波工具箱 创建一个Ricker子波用于此过程。单击 好的 将创建一个新的井段窗口和合成地震记录显示。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 将合成记录与实际地震反射层进行对比
<ol>
	<li>使用平台中的自动化关联应用程序（如 Seismic Well Tie）将生成的合成地震道与地震剖面的垂直比例尺进行匹配。</li>
	<li>调整合成地震图，以增强合成地震道与实际地震道中高振幅反射体的重叠程度。</li>
	<li>反复调整合成地震图与实际地震道。当重叠程度达到最大时，解释人员即已实现合成地震图与实际地震道之间的“最佳匹配”。
	<ol>
		<li>重复该过程，直至关联结果达到所需水平。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用提供的软件执行关联操作。
	<ol>
		<li>激活步骤 1.6.3 中创建的窗口，即从声波测井数据自动生成的单程时间测井。 
		注意：此自动生成的“单程时间测井”与实际地震反射界面并非完全对应。用户应校准单程时间测井与实际地震反射界面之间的关联关系。</li>
		<li>为校准其关联关系，选择一个被井穿过且连续且具代表性的反射界面，然后手动调整测井深度。例如，要调整 DT 测井的深度，可在井树中右键单击 One-Way Time Log | 选择 Calculator 工具 | 然后在计算器工具的输入对话框中输入“DT=DT+10”，添加一个较小的时间增量（例如 10 ms）。</li>
		<li>如果“10 ms”增量过大或过小，可在“Calculator”工具中将增量更改为其他时间值（可为负值）。反复检查测井与所选地震层位之间的关联性，并反复调整时间增量，直至关联性完全校准。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 玄武岩岩床的提取
<ol>
	<li>选择两个包围目标岩床的高振幅反射层。 
	注意：大多数侵入体在地震数据中表现为调谐反射包，即上、下侵入接触面的反射无法区分。当垂直侵入厚度介于 λ/4 与 λ/8 之间时（λ 为地震波长），会发生调谐现象19。因此，岩床在地震剖面中显示为一组强反射，其表观厚度是虚假的。</li>
	<li>在对应于这两个高振幅反射层的层位之间提取探针。 
	注意：根据渲染技术的不同，存在多种工具可帮助解释人员更好地可视化目标体，例如“体块探针”、“层面探针”和“井探针”。然而，对于识别岩床与其围岩之间的接触关系，最佳工具是“层面探针”（“Surface probe, etc.” 是 Petrel 软件中的术语，软件用户应熟悉这些术语）。</li>
	<li>通过调整体素连通性不透明度阈值，去除地质目标体周围区域。将默认阈值设为 20%。此处采用“不透明度渲染”的可视化方法，以显示玄武岩岩床提取结果（图 2C）。 
	注意：由于火成岩与沉积岩之间声阻抗差异显著，在二者界面处常出现高振幅反射。将低振幅部分设为透明，以突出火成体的形态。</li>
	<li>由于隔离阈值可能高于 20–30%，需以较小增量逐步调整该值，以确保所有重要的火成体未被遗漏；阈值越大，越有可能丢失真实火成体的体积。</li>
	<li>使用提供的软件执行操作：
	<ol>
		<li>点击 地震解释 面板，点击 插入层位探针。将在输入面板的地质体解释探针树中添加一个探针。双击所添加的层位探针，将弹出一个窗口。</li>
		<li>在弹出窗口中点击 层位 选项卡，并选择两个圈定岩床区域的地震层面。点击 确定 以应用操作。</li>
		<li>在输入面板中查看新添加的探针，三维窗口中将显示一个地震数据体。</li>
		<li>双击该探针并选择 不透明度 选项卡。该选项卡将显示地震振幅的直方图。使用鼠标左键在直方图中绘制一条线，以控制地震数据体的不透明度。数据体中的低振幅部分应变为不可见，仅保留高振幅部分。</li>
		<li>反复调整直方图，直至获得目标地质体的理想形态。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 取食通道的提取
<ol>
	<li>在表层熔岩流下方不同深度处，选择连续且高能量的反射界面。</li>
	<li>沿选定的地层界面进行时间切片，以识别与垂直通道相对应的不连续性。</li>
	<li>反复调整双向时间（TWT），以获得导管不连续性的最佳成像效果。 
	注意：由于地震数据难以清晰成像垂直构造，因此需通过比较不同传播时间下的清晰度，从振幅体和方差体中选取更优的图像。</li>
	<li>尝试不同的切片技术，然后选择能够更清晰显示不连续结构的方案。 
	注意：此处可使用不同的工具，例如方差体切片。其理论基础在于地震数据中每条地震剖面与其相邻地震道之间的相似性。另一种工具为方差体，它是通过对常规地震数据处理生成的一种新数据体，有助于识别构造与岩性变化、断层的平面组合等特征。 等等。20</li>
	<li>将不同传播时间或深度的切片绘制到三维空间中。</li>
	<li>使用提供的软件执行该操作。
	<ol>
		<li>双击 体积属性 在流程窗格的地球物理学分支中。检查 结构方法 在类别列中 方差 在属性列中，选择地震数据体输入到输入框，并在参数选项卡中调整其他参数。为获得更好的读取性能，勾选实现实列中的复选框。输入面板的地震树中将创建一个方差数据体。</li>
		<li>右键单击方差立方体，然后单击 插入时间切片交点 在3D窗口中显示更多水平交点。使用 操控平面 使用3D窗口工具栏中的工具调整切片位置，以优化导管的显示效果。</li>
		<li>右键单击地震振幅数据体并单击 插入时间切片交集 在3D窗口中显示更多水平交叉面。重复执行与步骤4.6.2相同的操作，以调整切片位置，优化导管的显示效果。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Smallwood, J. R., Maresh, J. <a target="_blank" href="http://sp.lyellcollection.org/content/197/1/271.abstract">The properties, morphology and distribution of igneous sills: modelling, borehole data and 3D seismic from the Faroe-Shetland area.</a> Geol. Soc. London Spec. Publ. 197 (1), 271-306 (2002).</li>
<li>Millett, J. M., Hole, M. J., Jolley, D. W., Schofield, N., Campbell, E. <a target="_blank" href="http://jgs.lyellcollection.org/content/early/2015/10/29/jgs2015-069">Frontier exploration and the North Atlantic Igneous Province: new insights from a 2.6 km offshore volcanic sequence in the NE Faroe-Shetland Basin.</a> J. Geol. Soc. 173 (2), 320-336 (2016).</li>
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<li>Sun, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264817214000439">Neogene igneous intrusions in the northern South China Sea: Evidence from high-resolution three dimensional seismic data.</a> Mar. Pet. Geol. 54, 83-95 (2014).</li>
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<li>Thomson, K. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00445-004-0363-9">Volcanic features of the North Rockall Trough: application of visualisation techniques on 3D seismic reflection data.</a> BVol. 67 (2), 116-128 (2005).</li>
<li>Jackson, C. A. L. <a target="_blank" href="http://jgs.lyellcollection.org/content/169/5/503.abstract">Seismic reflection imaging and controls on the preservation of ancient sill-fed magmatic vents.</a> J. Geol. Soc. 169 (5), 503-506 (2012).</li>
<li>Tian, W., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00410-009-0485-3">The Tarim picrite-basalt-rhyolite suite, a Permian flood basalt from northwest China with contrasting rhyolites produced by fractional crystallization and anatexis.</a> CoMP. 160 (3), 407-425 (2010).</li>
<li>Chen, M. -M., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0024493714000097">Peridotite and pyroxenite xenoliths from Tarim, NW China: Evidences for melt depletion and mantle refertilization in the mantle source region of the Tarim flood basalt.</a> Lithos. 204, 97-111 (2014).</li>
<li>Magee, C., Maharaj, S. M., Wrona, T., Jackson, C. A. L. <a target="_blank" href="http://geosphere.gsapubs.org/content/early/2015/06/10/GES01150.1.abstract">Controls on the expression of igneous intrusions in seismic reflection data.</a> Geosphere. 11 (4), 1024-1041 (2015).</li>
<li>Bahorich, M., Farmer, S. <a target="_blank" href="http://library.seg.org/doi/abs/10.1190/1.1437077">3-D seismic discontinuity for faults and stratigraphic features: The coherence cube.</a> The Leading Edge. 14 (10), 1053-1058 (1995).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本文展示了两种用于描绘埋藏玄武岩火山管道系统形态与结构的方法：一种是不透明度渲染，另一种是时间切片。
不透明度渲染方法适用于与围岩地层具有连续且近水平界面的地质体。利用该方法，可提取岩浆凸起体的三维形态。通常情况下，流动方向应与岩浆凸起体的长轴方向一致。此外，界面处的反射系数（R0）需较高。若界面处的R0过低，则解释人员将无法将地表探针插入目标层位。例如，辉绿岩岩床的声波速度约为5500 m/s，而碳酸盐岩的速度与之相近，约为6,000 m/s12。因此，岩床与碳酸盐岩接触面处的反射系数过低，难以通过地表探针识别。使用该技术时，必须精确掌握目标岩石的速度信息。若速度数据缺失或估算不准确，该方法在地震数据体中的应用将受到极大限制。
时间切片法可应用于不具有连续且水平表面的地质体。当火成岩侵入体的声波速度与围岩相差较大（大多数情况下高于围岩）时，解释人员可利用时间切片技术来成像侵入体与周围岩石之间的边界。...

大多数沉积盆地工业地震成像项目的目标是勘探油气储层。近年来，由于许多火山成因盆地含有大量火成岩且具备可观的油气储层，油气勘探已扩展至含有大量火成岩的盆地。然而，由于火山成因盆地中火成岩界面的存在，地震数据处理面临一系列由多种侵入体引起的挑战，例如能量透射减弱、固有衰减、干涉效应、折射和散射1。因此，油田公司正致力于减少此类&#34;负面影响&#34;对地震成像的影响2,3,4。
由于火成岩体与围岩之间存在显著的声阻抗差异，因此利用二维或三维地震反射成像技术可轻松识别沉积盆地中的火成岩体1,5,6。该方法能够清晰呈现火山管道系统中垂直与水平构造的精细图像7,8,9,10,11,12,13。然而，对地下火山体的成像策略与油气勘探中的方法存在显著差异8,14,15，这限制了工业地震数据在地下火山研究中的广泛应用，仅有少数成功案例报道10,15,16。本文报道了专为地下火山解释定制的地震数据处理详细流程。我们处理了两套地震数据体TZ47和YM2（图1），以展示如何在中国塔里木溢流玄武岩区可视化埋藏的火成岩体17。

<table><tbody><tr><td>佩特雷尔 E&amp;P 软件平台</td><td>Schlumberger</td><td></td><td>软件版本：2014</td></tr></tbody></table>

地下火山三维地震成像的数据处理方法：塔里木溢流玄武岩的应用

Data Processing Methods for 3D Seismic Imaging of Subsurface Volcanoes: Applications to the Tarim Flood Basalt

管道系统的形态与结构可为玄武岩熔岩流的喷发速率和喷发方式提供关键信息。研究地下地质体最有效的方法是采用工业级三维&#160;反射地震成像技术。然而，对地下火山体进行成像的策略与油气储层的成像方法存在显著差异。本研究中，我们处理了来自中国塔里木盆地北部的地震数据体，以说明如何通过不透明度渲染技术可视化岩床，以及如何利用时间切片技术对岩浆通道进行成像。在第一个案例中，我们利用标记岩床与围岩地层接触界面的地震层位隔离出目标区域，并应用不透明度渲染技术从地震数据体中提取岩床。所获得的精细岩床形态显示，岩浆流动方向从穹隆中心指向边缘。在第二个地震数据体中，我们采用时间切片技术对通道结构进行成像，这些通道对应于围岩中的明显不连续界面。一组在不同深度获取的时间切片表明，塔里木溢流玄武岩由中心式火山喷发形成，并由各自独立的管状通道供岩浆。

我们通过将上述技术应用于两种类型的火成岩体——水平岩床和垂直火山通道，来展示这些技术的实用性。采用不透明渲染技术提取岩床，而采用切片技术对火山通道进行解释。
提取火成岩床
在塔里木盆地北部英买2区，工业钻井已穿过多个岩床，但这些岩床的三维展布仍不清晰17。为了对岩床进行解释，我们对该区域的地震数据体进行了三维地震数据处理。首先，通过将合成地震记录与地震剖面进行对比，识别出地震数据体中与岩床相关的反射层位（图2A）；然后，在这些层位中插入表面测点（图2B），以约束岩床的横向展布范围；最后，采用透明度渲染技术从地震数据体中提取岩床的地质体（<strong class="xfig...

三维（3D）反射地震学是成像地下火山的一种强大方法。通过使用来自塔里木盆地的工业三维地震数据，我们展示了如何从地震数据体中提取地下火山的岩床和通道结构。

管道系统的形态与结构可为玄武岩熔岩流的喷发速率和喷发方式提供关键信息。最有效的方法……

本实验的主要目标是演示如何从地震数据体中提取地下火山的岩席和岩脉构造。该方法有助于解答火山学领域的一些关键问题，因为火山通道系统的结构和形态能够提供有关玄武岩熔岩流喷发速率和喷发方式的重要信息。该技术的主要优势在于，可从工业级三维反射地震成像数据中提取地下火山的三维结构，用于整体勘探研究。本研究中，我们处理来自中国塔里木盆地的地震数据体，以说明如何对岩床及地下火山活动产物进行可视化。开始计算时，首先将地震声学数据体导入合适的数据处理程序中。根据需要，以二维和三维形式显示数据，并调整数据集的显示外观。然后打开目标井的设置菜单，进入时间子菜单。选择“创建新时间日志”并命名该时间日志。利用速度函数DT数据，从声波测井中生成单向时间日志。接下来，在3D数据窗口中选择TWT，以在双程旅行时域中显示数据。将新创建的单程时间测井设为当前有效的时深关系。选择感兴趣的连线测井，以在3D窗口中显示其地震剖面。然后，使用“调整平面”工具校正剖面，直到其与井相交。接着，在地震数据树中取消勾选一个平面。在井口数据树中，选择相应的井过滤器并将其设置为地表。启用井口顶部的注释功能，并确认带线测井域与地震剖面一同显示。接下来，打开地震-井位标定菜单。将研究类型设置为综合地震-井位标定，并选择目标井。将TDR设置为校准后的单程时间测井，并选择地震数据体。从反射系数计算方法选项中选择任意一种测井，并填写相应的参数。使用小波工具箱创建或编辑雷克小波。单击“确定”以生成合成地震记录。如果合成道与地震数据的匹配不理想，请重复此过程。然后打开由声波测井生成的单向时间记录。识别一个穿过目标井的真实连续地震界面。向测井数据中添加一个微小的时间增量，以调整合成地震道的深度。打开计算器工具。比较测井曲线与地震层位。以这种方式持续调整测井曲线，以最大化合成记录与实际地震道中高振幅反射的重叠程度。来自有线测井的合成地震记录具有强制性特征。由于测井成像与井壁之间未能完全匹配，因此需要区域地质信息和垂直地震剖面来校正和优化该地震记录。打开地震解释菜单，选择插入层位探测。在单个探测设置中，打开“层位”选项卡，选择两个包围目标岩床的高振幅界面。选择该新探测以在三维窗口中显示地震数据体。打开探头设置，选择不透明度选项卡。利用地震振幅直方图，降低低振幅反射的不透明度，仅保留感兴趣的玄武岩岩席。反复调整直方图，直至达到目标火成岩地质体的理想形态。接下来，打开体属性菜单。将类别设置为结构化方法，属性设置为方差，并将地震数据体设为输入。启用“实现”选项以提升性能并运行该流程。选择方差立方体，然后选择“插入时间切片交点”。在3D窗口中使用“操作平面”工具移动切片，以优化显示对应于垂直供料通道的不连续性。对地震振幅数据立方体重复此过程。调整双程走时并改变切片深度，以找到数据的最佳可视化参数。中国塔里木盆地北部的三维地震数据立方体已通过该技术进行处理。在提取的水平岩席中观察到分离的熔岩流瓣，表明熔岩从穹丘中心向边缘流动。通过地震数据体和方差数据体获得时间切片，以可视化垂直的火山通道。为了清晰显示这些通道，地震数据体和方差数据体需要采用不同的切片深度。在尝试执行该流程时，请务必充分了解区域地质、地层框架以及标志层的特征。该技术发展之后，为火山学领域的研究人员探索火山内部火山灰地下部分的三维结构开辟了道路。观看本视频后，您应能够充分理解如何利用我们的工业级三维地震数据立方体对地下火山进行成像。

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环境

地下火山 3D 地震成像数据处理方法： 塔里木溢流玄武岩中的应用

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利用X射线显微断层扫描在储层条件下对多相流体进行孔隙尺度成像

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利用同步辐射显微断层成像技术研究多尺度三维微电子封装

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从土壤中根系的三维X射线计算机断层扫描数据中提取根系参数：体积与表面积分析

本方案旨在利用在地下条件下通过X射线显微断层扫描获得的三维图像，表征不透明多孔介质（烃类储层岩石）复杂的润湿条件。...

利用X射线显微断层扫描在地下条件下对烃类储层岩石润湿性的孔隙尺度成像与表征

本实验方案的目标是实现对振动管道引起的平衡冲刷坑内详细流场的可视化，并确定近边界处的剪切应力和法向应力。...

可视化平衡冲刷坑内振动管道周围的流场

对出溶片晶的形态、成分和间距进行分析，可为理解与火山作用和变质作用相关的地质过程提供重要信息。本文展示了原子探针层析技术（APT）在表征此类片晶中的新应用，并将该方法与传统的电子显微镜及基于聚焦离子束（FIB）的纳米断层扫描技术进行比较。...

析出矿物相的原子探针层析分析

本文介绍了一种水下摄影测量数据的采集与处理方案，包括一个显著简化且完全自动化的图像处理流程，可生成可供生态学数据提取、分析与应用的地理参考和时间序列对齐的输出结果。...

Reefshape：一种用于底栖生境监测中高效采集与自动处理水下摄影测量时间序列数据的系统

本方案涵盖一种四步大范围成像调查方法，用于提取珊瑚礁群落的结构复杂性、群落组成以及种群人口统计学指标。该方案的每一步均优先确保所采集图像的质量以及对原始图像的集成访问。...

利用大面积成像测量水下环境的结构、组成及变化

了解三维反射地震学方法，从塔里木盆地工业地震数据中提取地下火山岩床与通道结构。该技术为火山学 plumbing 系统形态研究及喷发预测提供了可视化分析框架。

地下火山三维地震成像的数据处理方法：塔里木溢流玄武岩的应用

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