叠前时间偏移与叠前深度偏移
1、叠前偏移从实现方法上可分为叠前时间偏移和叠前深度偏移。
从理论上讲，叠前时间偏移只能解决共反射点叠加的问题，不能解决成像点与地下绕射点位置不重合的问题，因此叠前时间偏移主要应用于地下横向速度变化不太复杂的地区。
当速度存在剧烈的横向变化、速度分界面不是水平层状时，只有叠前深度偏移能够实现共反射点的叠加和绕射点的归位，叠前深度偏移是一种真正的全三维叠前成像技术，但它的成像效果必须依赖于准确的速度-深度模型，而模型的迭代和修改是一个非常复杂和费时的过程，周期长，花费也相当昂贵。
1．1 叠前时间偏移
叠前时间偏移是复杂构造成像和速度分析的重要手段，它可以有效地克服常规NMO、DMO和叠后偏移的缺点，实现真正的共反射点叠加。叠前时间偏移产生的共反射点（CRP）道集，消除了不同倾角和位置的反射带来的影响，不仅可以用来优化速度分析，而且也是进行AVO地震反演的前提。
Kirchhoff叠前时间偏移方法的基础是计算地下散射点的时距曲面。根据Kirchhoff绕射积分理论，时距曲面上的所有样点相加就得到该绕射点的偏移结果。具体的实现过程就是沿非零炮检距的绕射曲线旅行时轨迹对振幅求和，速度场决定求和路径的曲率，对每个共炮检距剖面单独成像，然后将所有结果叠加起来形成偏移剖面。
1．2 叠前深度偏移
实际上，叠前时间偏移可认为是一种能适应各种倾斜地层的广义NMO叠加，其目的是使各种绕射能量聚焦，而不是把绕射能量归位到其相应的绕射点上去，它基于的速度模型是均匀的，或者仅允许有垂直变化，因此，叠前时间偏移仅能实现真正的共反射点叠加，当地下地层倾角较大，或者上覆地层横向速度变化剧烈，速度分界面不是水平层状的条件下，叠前时间偏移并不能解决成像点与地下绕射点位置不重合的问题。
为了校正这种现象，我们可以在时间剖面的基础上，再做一次校正，使成像点与绕射点位置重合，这就是做叠后深度偏移的目的，但叠后深度偏移有缺点，主要是无法避免NMO校正叠加所产生的畸变，而且在实现过程中缺少模型叠代修正的手段，因此叠后深度偏移一般作为叠前深度偏移流程的一部分，用于深度域模型层位的解释。
叠前深度偏移理论是建立在复杂构造三维速度模型基础之上的，叠前深度偏移方法符合斯奈尔定律，遵守波的绕射、反射和折射定律，适用于任意介质的成像问题。它与常规叠后时间偏移处理相比有以下优点：（1）符合斯奈尔定律，成像准确，适用于复杂介质；（2）消除了叠加引起的弥散现象，使得大倾角地层信噪比和分辨率有所提高；（3）能够综合利用地质、钻井和测井等资料来约束处理结果，还可以直接利用得到的深度剖面进行构造解释，方便与实际的钻井数据进行对比。
所以综合起来考虑，只有叠前深度偏移才是复杂地质体成像的一种理想方法，特别是对于像前陆冲断带、逆掩推覆、高陡构造、地下高速火成岩体等可以取得较满意的成像效果。
Kirchhoff叠前深度偏移方法的具体实现过程是：首先把地下地质体划分成一个个的面元网格，然后计算从地面每一个炮点位置到地下不同面元网格的旅行时，形成走时表；利用经过选择的叠前数据集和射线追踪技术计算出的走时表，计算出地下成像点到地面炮点和接收点的走时t S(x,y,z) 和 t R(x,y,z)以及相应的几何扩散因子A(x,y,z)，最后在孔径范围内对地震数据沿由t S(x,y,z)和 t R (x,y,z)确定的时距曲面进行加权叠加，放在输出点位置上，实现偏移成像。
叠前深度偏移是一个解释性的处理过程，一般包括初始模型建立、模型的迭代优化和最终数据体的成像三个过程，其中模型的迭代优化是叠前深度偏移的关键和核心。
Kirchhoff叠前深度偏移方法相对于其它的叠前深度偏移算法（如波动方程叠前深度偏移）而言，其主要优点是：速度较快，能够适应野外采集的不规则观测系统，同时可以有选择地输出目标线，提高了速度分析和模型迭代的效率，但缺点也是很明显的：具有近似性和方法局限性，如多路径走时、频散问题、振幅不保真、过分依赖速度模型等，因此在速度模型不是十分精确的情况下，偏移误差加上频散问题，使地下地质目标的成像位置严重偏离了地下真实构造位置，造成钻井风险增加，使深度偏移的意义大打折扣。
较为理想的叠前成像方法是基于波场延拓的波动方程成像技术，其优点是能够处理各种复杂的波动传播，因此成像精度较高，且具有保幅能力，但只有计算机技术的迅速发展，这项技术的普及才成为可能。
叠前时间偏移和叠前深度偏移的联合应用叠前时间偏移不能适用于复杂的构造，但可以有效地消除地下倾角因素的影响，优化速度分析过程，为叠前深度偏移打下良好的基础，因此在实际生产中，可以把叠前时间偏移和叠前深度偏移联合起来应用，大大提高成像的效率和准确性。
叠前成像配套技术对叠前偏移的影响
综观叠前深度偏移应用的成功例子，陆地资料较海上资料少得多。问题并不在于叠前深度偏移技术本身，主要在于陆地资料的特点所决定。
（1）静校正问题
由于陆地地表条件复杂，静校正很难得到完全解决，剩余静校正量的存在使得无法实现共深度点上反射信号的偏移归位叠加，影响深度偏移成像。另外，速度模型是用深度偏移方法自身来修正完善的，由于剩余静校正量的存在，深度偏移不成功，速度深度模型的建立与完善就很难达到预期目的。对海上资料来说这一点不存在问题。
（2）信噪比问题
叠前偏移方法都是直接对单道原始数据进行的，因此抗噪性比叠
后偏移方法差得多。原始道上得任何一个样点幅值，不管它是信号还是噪声都参与运算。反射信号符合反射波传播路径规律，运算以后叠加成像归位；而噪声经过偏移算子改造后，放道偏移孔径范围内的所有网格点上，影响范围更大，当一个噪声幅值较大时（野值），就会沿着偏移算子路径出现，形成画弧现象。（3）基准面问题
用波动方程来描述地震波场的传播，实际上隐含着激发点和接收点在同一水平面的假设。这对海上资料来说是可以满足的。对于陆上资料来说，当地表高程起伏较大时，传统的静校正方法使得原有的波场特征被破坏了。
（4）信号特征的补偿和校正问题
在偏移过程中一般假设子波特征是稳定的，对海上资料来说这是基本满足的，对于陆上资料来说由于地表激发和接收条件的变化，信号特征不稳定，如果补偿和校正不好，必然影响偏移的效果。
叠前偏移特别是叠前深度偏移技术是解决复杂构造成像问题的有效手段，尽管目前由于方法的本身和一些配套技术的应用不够理想，影响了陆地叠前深度偏移技术的应用效果，随着方法技术的进步和计算机能力的不断提高，一定会取得更大的进步。
叠前时间偏移与叠前深度偏移 摘要：偏移使倾斜反射归位到它们真正的地下界面位置，并使绕射波收敛，即可以提高空间分辨率。按所处理的地震资料是否做过水平叠加划分为叠后偏移和叠前偏移两大类。这里主要讨论叠前偏移。偏移方法分为时间域和深度域两类，时间偏移技术是基于横向速度变化弱的水平层状介质模型产生的，而深度偏移技术是基于横向变速的真实地质深度模型发展而来的。这里主要介绍克希霍夫积分法叠前时间偏移、有限差分法叠前时间偏移、Fourier变换法叠前时间偏移三种叠前时间偏移方法。在叠前深度偏移上面，主要根据其技术的发展历史，现状，及未来趋势进行叙述，并进行了不同偏移技术的成像对比。 关键字：叠前时间偏移叠前深度偏移克希霍夫积分法 正文： 一、引言 偏移使倾斜反射归位到它们真正的地下界面位置，并使绕射波收敛，即可以提高空间分辨率。 按所处理的地震资料是否做过水平叠加划分为叠后偏移和叠前偏移两大类。 偏移方法分为时间域和深度域两类。时间偏移技术是基于横向速度变化弱的水平层状介质模型产生的，而深度偏移技术是基于横向变速的真实地质深度模型发展而来的。 从当前技术发展的状况看，目前国内应用的叠前偏移技术基本上可以概括为以下两类。一种是基于波动方程积分解的克希霍夫积分法叠前偏移。这种技术，在20世纪90年代以前就在研究，目前，随着多年来持续不断地改进和完善，已经成为一种高效实用的叠前偏移方法，它具有高角度成像、无频散、占用资源少和实现效率高的特点，能适应不均匀的空间采样和起伏地表，比较适合复杂构造的成像。目前国际上有多种较为成熟的积分法叠前成像软件，是当前实际生产中使用的主要叠前深度偏移方法。一种是基于波动方程微分解的波动方程叠前偏移。这种技术目前在国内的应用还处于试验阶段。 叠前时间偏移与叠后时间偏移和叠前深度偏移一样，都是基于三大数学工具，即克希霍夫积分、有限差分和Fourier变换。
文章编号:100020747(2006)0420416204 地震叠前时间偏移处理技术 王喜双1,张颖2 (1.中国石油勘探与生产公司;2.中国石油勘探开发研究院) 摘要:叠前时间偏移处理技术对速度场精度的要求较低,在构造复杂但速度横向变化不大的情况下有较好的成像效果,近年来在中国石油天然气股份有限公司各探区得到高度重视和推广应用。对叠前时间偏移处理的关键技术(叠前去噪、振幅补偿、反褶积、静校正、速度建模)进行了分析总结,并对其在富油凹陷整体评价、复杂断块精细勘探、碳酸盐岩岩溶地形识别、岩性地层油气藏勘探等方面的应用效果进行了分析,实践证明,叠前时间偏移是一项具有明显技术优势、应用前途广阔的地震精确成像技术,适合于在横向速度变化不大地区的地震资料处理。图6参7 关键词:叠前时间偏移;克希霍夫法;反褶积;静校正 中图分类号:TE122.3 文献标识码:A Seismic pre2stack time migration techniques WAN G Xi2shuang1,ZHAN G Ying2 (1.Pet roChina Ex ploration&Production Com pany,B ei j ing100011,China;2.Research I nstitute of Pet roleum Ex ploration&Development,Pet roChina,B ei j ing100083,China) Abstract:Prestack time migration processing does not require highly of velocity fields.It can get a good imaging result in the circumstance of a complex structure and smooth lateral variation of velocity field.Thus it has gained much attention and wide applications in prospect areas in PetroChina.The key techniques involved in prestack time migration processing such as prestack noise attenuation,amplitude compensation,deconvolution,static correction and velocity model building are summarized,and their application effects are also analyzed in the overall assessment of oil2abundant sags,the elaborate exploration of complexly faulted blocks,the identification of carbonate karst topography and the exploration of stratigraphic reservoirs.The results prove that prestack time migration is an accurate seismic imaging technique with an evident technical preponderance and broad application prospects,being suitable for seismic data processing in the areas of smooth lateral variation of velocity field. K ey w ords:pre2stack time migration;Kirchhoff;deconvolution;static correction 0引言 随着油气勘探程度的不断提高,地震勘探对象越来越复杂。叠前深度偏移是复杂地质构造成像最好的方法,但其对速度场精度的要求太高,现有的建模技术难以达到要求,制约了其大范围推广应用。与叠前深度偏移相比,叠前时间偏移对速度场的精度要求较低,在构造复杂、速度横向变化不大的情况下有较好的成像效果。因此,叠前时间偏移是现阶段更为合适的地震成像技术,近几年来叠前时间偏移技术迅速发展,在国外已成为一项常规处理技术。中国石油天然气股份有限公司从2003年开始,针对复杂构造勘探、岩性地层油气藏勘探,相继选择了渤海湾盆地大民屯凹陷、南堡凹陷和塔里木盆地轮南地区作为叠前时间偏移技术推广应用试验三大示范区。目前,叠前时间偏移处理技术在中国石油各探区均取得了较好的应用效果,如冀东滩海数亿吨储量规模大油田的发现就直接归功于南堡凹陷叠前时间偏移处理技术的应用。本文对中国石油探区内叠前时间偏移处理技术及其应用进行了总结,以便推动这项技术的更广泛应用,取得更好的油气勘探成果。 1方法原理 克希霍夫积分偏移法和递归偏移法是叠前偏移的两种方法,但是前者更容易实现,计算成本低,对观测系统的适应性强,所以在叠前偏移应用中率先得到推广。克希霍夫叠前时间偏移的基础是计算地下绕射点的时距曲面,根据克希霍夫绕射积分理论,时距曲面上的所有样点信息叠加就得到了该绕射点的偏移结果。因此,克希霍夫叠前时间偏移大多假设震源点到绕射 614 石 油 勘 探 与 开 发 2006年8月 PETROL EUM EXPLORA TION AND DEV ELOPM EN T Vol.33 No.4
第六章起伏地表条件下的地震成像 §6.1 概述 叠前深度偏移与山地等起伏地表资料处理技术，已受到人们的高度重视，特别是地质家们，对叠前深度偏移技术寄予了较高的期望，希望通过叠前深度偏移处理解决他们所要解决的各种地质问题。叠前深度偏移技术究竟要解决什么问题呢？回答比较简单：是要解决上覆地层速度横向变化剧烈时下伏地层界面反射如何正确偏移成像的问题。因为在这种情况下，运用时间偏移成像技术是不能正确成像的。要作好叠前深度偏移，达到预想的效果，就必须解决好以下几个问题：（1）基准面问题。现有的偏移程序，大都建立在激发点和接收点位于同一个水平面上，这与我们需要进行叠前深度偏移处理地区的实际观测条件不相符合。过去我们用静校正技术来解决这个问题，从波场延拓角度上来说，静校正使波场产生了畸变，再深度偏移时就会生成一系列的误差，严重影响深度偏移的效果。当前，深度偏移效果明显的地方是墨西哥湾海上资料，在那里不存在偏移基准面不符合的问题。对于陆上资料，而且是山地等起伏地表资料，这个问题就比较严重，必需想办法解决好这个问题。（2）静校正问题。叠前深度偏移也是一个叠加的过程，从运动学的概念上来讲，偏移是把每一个信息按照一定的轨迹叠加到各个点上去。我们在计算轨迹时是不考虑静校正量的，当存在静校正量时，偏移轨迹就混乱了，达不到叠加的效果，也就不能实现正确的偏移成像。要作好叠前深度偏移,首先必需解决好静校正问题。 由于山地等起伏地形和近地表速度变化对成像影响很大，传统的校正方式是将观测面校正到一个平滑后的浮动基准面上，但由于山地等复杂地表高程起伏大，基准面校正时差较大，引起波场较大的畸变，同时近地表速度模型对实际地下介质速度的改造也较大，使波场产生较大的畸变，不符合波场传播的规律。因此从起伏观测面上直接进行叠前深度偏移还是被人们接受了。要实现从起伏观测面直接进行深度偏移，必须首先用射线追踪或层析成像法反演出近地表速度，再进一步利用这种速度作深度偏移，替代的一种方法是先用近地表速度做波场延拓，转化到一个平滑的基准面，再用现有的方法作深度偏移。目前，国内外都在极力研究这个问题。准确的方法是先用初至层析法求出近地表速度，建立起近地表速度模型，将此速度模型合并到整个的总模型中，从起伏观测面直接进行深度偏移。 在做偏移处理时，一般要求偏移基准面是水平的，且偏移的零点应在激发和接收的地表。在高差较大的复杂地区，很难同时满足这些要求，为了解决这些问题，钱荣钧在复杂地表区偏移基准面问题研究一文中提出以近地表斜面或圆滑面为偏移参考面的处理方法，然后在资料解释时再进行基准面转换，把以近地表斜面为参考面的资料转换为某一水平面为基准面的资料。 地表高差较大地区偏移基准面的选取问题一直是影响偏移处理效果的重要原因。长期以来，不少人对这一问题作了研究，并提出一些解决办法。主要的方法有：静校正法、零速度层法和波场延拓法。 静校正法是用静校正时移的方法把地震资料校正到一个水平基准面上。由于只做了垂直方向的时移，没有考虑波的传播方向，因此改变了原时间剖面上绕射波的双曲线性质，偏移后收敛较差。由于该方法仅满足基准面水平的条件，而没有考虑偏移原点应在地表这一因素，故这种方法是近似的，只能在地表与基准面的高差较小时使用。零速度层法的基本思路是：先在近地表的参考面上做叠加，然后选择一个高于地表的水平基准面，给出一个填充速度（零或接近零），用静校正的方法把叠加剖面数据校正到这个水平基准面上。然后从水平基准面开始做偏移处理，其中在水平基准面和地面之间所用的偏移速度为零或接近零，地表以下用
叠前时间偏移与叠前深度偏移 1、叠前偏移从实现方法上可分为叠前时间偏移和叠前深度偏移。 从理论上讲，叠前时间偏移只能解决共反射点叠加的问题，不能解决成像点与地下绕射点位置不重合的问题，因此叠前时间偏移主要应用于地下横向速度变化不太复杂的地区。 当速度存在剧烈的横向变化、速度分界面不是水平层状时，只有叠前深度偏移能够实现共反射点的叠加和绕射点的归位，叠前深度偏移是一种真正的全三维叠前成像技术，但它的成像效果必须依赖于准确的速度-深度模型，而模型的迭代和修改是一个非常复杂和费时的过程，周期长，花费也相当昂贵。 1．1 叠前时间偏移 叠前时间偏移是复杂构造成像和速度分析的重要手段，它可以有效地克服常规NMO、DMO和叠后偏移的缺点，实现真正的共反射点叠加。叠前时间偏移产生的共反射点（CRP）道集，消除了不同倾角和位置的反射带来的影响，不仅可以用来优化速度分析，而且也是进行AVO地震反演的前提。 Kirchhoff叠前时间偏移方法的基础是计算地下散射点的时距曲面。根据Kirchhoff绕射积分理论，时距曲面上的所有样点相加就得到该绕射点的偏移结果。具体的实现过程就是沿非零炮检距的绕射曲线旅行时轨迹对振幅求和，速度场决定求和路径的曲率，对每个共炮检距剖面单独成像，然后将所有结果叠加起来形成偏移剖面。
1．2 叠前深度偏移 实际上，叠前时间偏移可认为是一种能适应各种倾斜地层的广义NMO叠加，其目的是使各种绕射能量聚焦，而不是把绕射能量归位到其相应的绕射点上去，它基于的速度模型是均匀的，或者仅允许有垂直变化，因此，叠前时间偏移仅能实现真正的共反射点叠加，当地下地层倾角较大，或者上覆地层横向速度变化剧烈，速度分界面不是水平层状的条件下，叠前时间偏移并不能解决成像点与地下绕射点位置不重合的问题。 为了校正这种现象，我们可以在时间剖面的基础上，再做一次校正，使成像点与绕射点位置重合，这就是做叠后深度偏移的目的，但叠后深度偏移有缺点，主要是无法避免NMO校正叠加所产生的畸变，而且在实现过程中缺少模型叠代修正的手段，因此叠后深度偏移一般作为叠前深度偏移流程的一部分，用于深度域模型层位的解释。 叠前深度偏移理论是建立在复杂构造三维速度模型基础之上的，叠前深度偏移方法符合斯奈尔定律，遵守波的绕射、反射和折射定律，适用于任意介质的成像问题。它与常规叠后时间偏移处理相比有以下优点：（1）符合斯奈尔定律，成像准确，适用于复杂介质；（2）消除了叠加引起的弥散现象，使得大倾角地层信噪比和分辨率有所提高；（3）能够综合利用地质、钻井和测井等资料来约束处理结果，还可以直接利用得到的深度剖面进行构造解释，方便与实际的钻井数据进行对比。
经过仔细的试验和分析，我们确定了本次的时间域处理流程，常规处理流程简图如下：
1 、深度偏移处理主要技术措施 1．1、相干反演 相干反演是用来建立初始速度―深度模型的常用手段。 其主要思路是：用射线追踪产生的旅行时曲线，沿该曲线的时间窗口计算叠加道的相干值，用不同的层速度进行相同的处理，取最大相干值对应的层速度为期望的速度。输入的是未叠加的数据(如共中心点道集或共炮点道集)，输出的是初始速度模型。该模型通常是基于附近的井信息和叠加剖面的解释。反演是一层一层进行，在迭代中完成。该方法依赖于：①介质模型的解释；②射线追踪算法；③目标函数的选择；④找最大目标函数方法。 1．2、层析成像 初始模型(速度模型和深度模型)往往是粗糙的，要得到精确的深度域结果，就要综合利用各种技术方法不断调整、优化层速度模型，直至每一个共偏移距的成像结果一致为止，使之与地下地质情况最佳吻合。层析成像技术，是速度模型优化的主要手段，在地震学和地震勘探的研究工作中，人们引进了医学上的CT 技术(Computerized Tomography)，就是利用X射线检查人体内部的技术。在医学上X射线是直线路径，而地震波在地球内部传播是沿着弯曲的路径。层析成像模型修改也是反复迭带进行的。 1．3 、射线偏移 对地下倾斜界面，在地表记录的地震资料经处理获得的剖面，在横向和垂向位置以及倾角都与真实情况有差异，只有经过层位偏移后才能恢复到真实位置。将时间域零炮检距剖面上层位转化为深度域层位，称之为射线偏移。输入的是零炮检距剖面上解释的时间层位(通常在叠加剖面上解释)和层速度。输出的是深度域层位。 1.4 共反射角Kirchhoff叠前深度偏移 Paradigm的具有专利技术的从目标成像点向地面进行射线追踪的共反射角偏移。广泛用于目标区的偏移成像。 1.5 波动方程叠前深度偏移 Paradigm的二维F-X波动方程叠前深度偏移有利于复杂速度场及复杂构造和陡倾角成像。
偏移使倾斜反射归位到它们真正的地下界面位置，并使绕射波收敛，即可以提高空间分辨率。按所处理的地震资料是否做过水平叠加划分为叠后偏移和叠前偏移两大类。其中，叠前时间偏移技术受到广泛的重视和关注。主要的特点：①实现这种技术所需的软硬件成本合理。②对偏移速度场无过高的要求。③配套技术比较成熟和完善。 方法原理：叠前时间偏移与叠后时间偏移和叠前深度偏移一样，都是基于三大数学工具，即Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ积分、有限差分和Ｆｏｕｒｉｅｒ变换。从原理和适用性上分析，叠前时间偏移是基于绕射叠加或Ｃｌａｅｒｂｏｕｔ的反射波成像原则，是一种成像射线成像（ＤＭＯ是法向射线成像）。下面详细叙述有关叠前时间偏移的各种方法。该方法一般在共炮点道集上进行，对二维和三维叠前偏移做法是一致的。 （１）该方法的步骤是将共炮点记录从接收点上向地下外推。外推时要先确定本道集可能产生反射波的地下空间范围，这个范围可以根据倾角、记录长度和道集的水平范围进行估算。这个过程实际上是一个估算偏移孔径的反过程。对向地下延拓的空间范围做一些模拟估算是必要的。外推时使用一般Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ积分表达式： （１） 式中Ｒ为从地下（ｘ，ｙ，ｚ）点到地面点（）的距离。 这样求出的结果，等于从地面某个炮点激发，在地下（ｘ，ｙ，ｚ）点上接收的反射波记录。在这个记录上有（ｘ，ｙ，ｚ）点产生的反射波和ｚ深度以下的界面产生的反射波。我们应当做的是把（ｘ，ｙ，ｚ）点处的反射波放到该点上。但是，在该点的记录还有很多其它深度点上的反射波。因此，如何从这个点用积分公式延拓计算出地震道ｕ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ），并从中取出用于在该点成像的波场值，这就是下一步的工作。 （２）计算从炮点Ｏ到地下Ｒ（ｘ，ｚ）点的地震波入射射线的走时。这可以用均方根速度去除炮点至地下Ｒ点的距离近似求出。或者用射线追踪法求取，就更准确。用求出的下行波的走时到ｕ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）的延拓记录的时刻取出波场值做为该点的成像值。 （３）将所有的深度点上的延拓波场都如第二步那样提取成像值，组成偏移剖面就完成了一个炮道集的Ｋｉｒｃｈｈｆｆ积分法偏移。 （４）将所有的炮道集记录都做过上述三步处理后进行按地面点相重合的记录相叠加的原则进行叠加，即完成了叠前时间偏移。在三维情况下，反射点轨迹变为一个旋转椭球面，该椭球是绕炮检距方向由二维条件下的椭圆旋转而成。如果取炮检距方向为ｘ方向，则椭球面的方程为： （２） 通过波动方程的频散关系或波动方程的象征方程以及Ｆｏｕｒｉｅｒ变换，可以得到对应的三维波动方程： （３） 如果炮检距方向与观测纵测线的方向成一定的角度时需要进行 坐标变换。新坐标系下的方程为： （４） 用有限差分法解（４）式有一定的难度，但它是可解的。因此对三维面积观测的数据体用该方法进行叠前时间偏移在理论上是可实现的，目前尚未使用。虽然各个方向的共炮检距道集也可以用（３）式进行偏移而且容易实现。但是由于要在不同的方向上抽取新的共炮检距道集，并要重新采样，同时剖面长度会长短不等，因此对处理效率会有影响。（３）式虽然容易求解，但在炮检距方向有转角 时，首先要将数据沿方向和垂直方向进行内插重排，这样内插重排后的三维数据体的水平切片将是某种菱形，造成纵横测线长短不一，给处理带来不便。如果仍按原坐标进行三维叠前偏移处理则必须用（４）式进行偏移。频率－波数（ｆ－ｋ）域叠前偏移是实现叠前时间偏移的一种有效方法。Ｌｉ（１９９１）用一组常速实现了叠前偏移。用横向不变的速度偏移常炮检距数据可以在Ｆｏｕｒｉｅｒ域进行，与Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ偏移相比，它具有成像速度快，能处理陡倾角且不会产生算子假频（是一宽带算子）的特点。另外，该算子考虑了由于通过层状介质而发生折射弯曲所造成的相位和振幅变化。另外，Ｆ－Ｋ偏移算子可以分解为ＮＭＯ＋ＤＭＯ＋ＺＯＭ，在常速偏移下，分解正确。若速度随深度变化，这种分解对ＮＭＯ＋ＤＭＯ部分只是近似值。二维情况下，Ｆ－Ｋ域叠前时间偏移的向下延拓波场为： （５） 对层状ｖ（ｚ）介质，传播算子 由下式给出： （６） 其中， （７ａ）（７ｂ）（７ｃ） ｖ是层速度。（７）式是常速频散关系的一扩展形式。三类叠前时间偏移方法分为有限差分法、克希霍夫积分法和频率－波数域法。它们是各自独立发展起来的并在不断地进行自我完善。 多数情况下有限差分法波动方程偏移是求解近似波动方程的一种近似数值解法。一般来说，网格剖分越细，精度越高，但这势必会增加计算量。和其它两种偏移方法相比，有限差分法简单，理论和实际应用都较成熟；由于采用递推算法，在形式上能处理速度的纵、横向变化。缺点是受反射界面倾角的限制；此外还要求等间隔剖分网格。 克希霍夫积分法偏移建立在物理地震学的基础之上，该方法能适应任意倾斜角度的反射界面；对剖分网格要求较灵活。缺点是费时；难以处理横向速度变化；偏移噪声大，“划弧”现象严重；确定偏移参数较困难。 频率－波数域偏移求解波动方程是在频率－波数（）这种技术Ｆ－Ｋ１ Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ积分法叠前时间偏移 ２ 有限差分法叠前时间偏移 ３ Ｆｏｕｒｉｅｒ变换法叠前时间偏移 ４ 结语 ｊ （转１５０页） 康勇 冯万馨 （中国地质大学（武汉）资源学院石油系） 叠前时间偏移技术浅析 摘要关键词随着石油勘探程度的不断加深，一些复杂的构造隐蔽油气藏受到广泛重视和关注，与此同时偏移方法由叠后向叠前发展。本文介绍了叠前时间偏移的常见三种实现方法：克希霍夫（Ｋｉｒｃｈｏｆｆ）法、有限差分法和傅立叶（Ｆｏｕｒｉｅｒ）变换法，对它们的原理做了简要讨论，并进行了优缺点分析。 叠前时间偏移积分法差分法变换法
第三章 Kirchhoff 积分法叠前深度偏移 大家知道，叠前偏移的概念早在70年代中期就提出来了，但由于叠前记录的信噪比较低，偏移的初始模型又很难选准，加之当时的计算机无法承受叠前偏移较大的计算量，直到90年代叠前偏移才开始尝试应用于油气勘探地震数据的精细处理中。常见的叠前深度偏移方法可以分为两类：第一类是基于绕射扫描叠加原理的Kirchhoff 积分法，另一类是基于波动方程的偏移方法（如有限差分偏移方法、Fourier 偏移方法等）。本章重点讨论Kirchhoff 积分法叠前深度偏移。 Kirchhoff 积分法叠前深度偏移被认为是一种高效实用的叠前深度偏移方法，目前主要完善三维采集和叠前深度偏移软件。积分法具有高偏移角度、无频散、占用资源少和实现效率高的特点，并且积分法能够适应变化的观测系统和起伏的地表，优化的射线追踪法和改进的有限差分法能够在速度场变化的情况下快速准确地计算绕射波和反射波旅行时，从而使积分法能够适应复杂的构造成像。地震偏移成像问题，经过最近十多年的研究与发展，已经基本解决了和正在解决三维偏移，叠前深度偏移和多分量地震偏移等诸问题。但是偏移中有诸多问题尚未解决，例如真振幅偏移问题和各向异性介质中的地震偏移问题。近年来，解决真振幅偏移问题就是偏移地震数据得到真正的振幅和相位信息，从而为岩性解释服务。由于积分法具有许多优点，因此研究Kirchhoff 型保幅叠前深度偏移具有很高的理论价值和实用价值。下面就变速射线追踪法计算走时、有限差分法计算走时以及Kirchhoff 型常规叠前深度偏移和保幅叠前深度偏移做详细讨论和分析。 §3.1 变速射线追踪法计算走时 Kirchhoff 积分法叠前深度偏移已在实际生产中应用了多年，并解决了不少复杂构造的成像问题（Zhu & Lines, 1998）。Kirchhoff 积分法的关键是绕射旅行时的计算，目前常用的计算方法是射线追踪法和有限差分法（Schneider, 1992, 1995）。有限差分绕射旅行时计算是基于费马原理，可在直角坐标系或球坐标系实现，具体方法原理将在本章第二节介绍。射线追踪法计算绕射旅行时可分为常速法和变速法，常速法很简单，在此不再赘述；下面主要介绍变速法。 考虑到地下介质在纵横向上通常是变速的，为通过射线追踪较精确地生成CMP 道集中各道的反射旅行时，下面我们基于Langan （1985）的思想，推导变速介质条件下的射线追踪方程。 由程函方程可推出如下的射线方程 ]) (1[])(1[r v ds r d r v ds d r ?= （3-1） 其中，)(r v 是波速，r 是空间位置，s 是与路径长度有关的仿射参数。路径长度l 由（3-2）式给出 ?''=s s d r n l 0)( （3-2） 其中， ds r d r n =)( （3-3）
第二章叠前时间偏移 地震波成像在油气勘探中占据重要位置。它的作用是使反射波或绕射波返回到产生它们的地下位置，从而得到地下地质构造的精确成像。 从二十世纪60年代偏移过程由计算机实现以来，已从常规偏移即叠后时间偏移发展到了目前的叠前深度偏移。偏移方法的研究和应用是受油气勘探的实际需求驱动的，同时它又受到人们对偏移成像的认识程度和计算机处理能力的制约。常规偏移（即叠后时间偏移）在以往的油气勘探过程中起到了重要作用，但随着勘探难度的提高，在构造较为复杂或/和强横向变速的地区，基于常规偏移的处理方法再也难见成效。究其原因，一方面是由于常规处理是先叠加后偏移，水平叠加过程受水平层状介质假设制约，在复杂地质构造条件下，这种叠加过程很难实现同相叠加，这样会对波场产生破坏，所以用这种失真了的叠后数据去进行偏移处理难以取得好的成像效果就很自然了。为了克服非同相叠加给后续偏移带来的麻烦，人们提出使用叠前偏移，即先偏移处理使波场归位，再把同一地下点的偏移波场相叠加。这样，在横向速度中等变化的较为复杂构造成像中叠前时间偏移可以弥补常规偏移的不足。另一方面是由于时间偏移是建立在均匀介质或水平层状介质的速度模型的基础上的，当速度存在横向变化，或速度分界面不是水平层状的情况下，常规偏移不能满足Snell定律，因此不能进行正确的反射波的偏移成像。为了解决这个问题，出现了深度偏移。这样，在强横向变速的一般构造成像中，叠后深度偏移可以弥补常规偏移的不足；而在强横向变速的复杂构造成像中，叠前深度偏移可以弥补常规偏移的不足。迄今为止，人们已对叠前时间偏移进行了20多年的研究工作，而对叠前深度偏移也进行了十几年的研究和探索工作。本章重点讨论叠前时间偏移。叠前深度偏移将在第四章和第五章讨论。 近年来，随着叠前时间偏移方法和技术的不断成熟和与之配套技术的不断完善以及计算机性能的不断提高，实现叠前时间偏移已成为现实。目前，国内外有多家地球物理处理公司和计算中心已进行叠前时间偏移处理，部分公司还把叠前时间偏移作为常规处理软件加入到常规处理流程中，使之成为常规处理的一个重要内容。叠前时间偏移技术之所以受到如此重视和关注，主要是因为这种技术相对叠后时间偏移和叠前深度偏移技术有如下的几个特点：1）实现这种技术所需的软硬件成本合理，多家处理公司和计算中心都能接受和承受。 2）叠前时间偏移相对叠前深度偏移而言，对偏移速度场无过高的要求，假设条件少，经对常规法进行简单的改进或/和修正使之能够适应中等横向变速的介质，由此可以满足大多数探区的精度要求；相对叠后时间偏移来说，更适用于复杂构造，对目的层和储层的成像有较好的保幅性，所得结果能够更好地进行属性分析、A VO/A V A/A VP反演和其它参数反演。 3）实现叠前时间偏移的配套技术比较成熟和完善，如静校正和去噪等。 上述特点充分说明了我们应用叠前时间偏移技术的可行性、必要性和重要性。下面就叠前时间偏移的基本情况、方法原理、方法技术、应用和与其它技术的比较以及应用该技术的可行性和必要性等做详细讨论和分析。 §2.1 概述 叠前时间偏移已进行了多年研究，上世纪九十年代初期开始初步应用，中后期在不少探区的地震勘探中发挥了重要作用，进入本世纪后开始了较为广泛的应用，目前部分处理公司和计算中心已把该技术作为常规软件加入到常规处理流程中，成为获取保幅信息实现属性分析、A VO/A V A/A VP反演和其它参数反演的重要步骤和依据。 自从上世纪九十年代以来，叠前时间偏移在国外取得了很大发展。在理论研究方面，
经过仔细的试验和分析, 我们确定了本次的时间域处理流程, 常规处理流程简图如下:
1 、深度偏移处理主要技术措施 1．1、相干反演 相干反演是用来建立初始速度―深度模型的常见手段。 其主要思路是: 用射线追踪产生的旅行时曲线, 沿该曲线的时间窗口计算叠加道的相干值, 用不同的层速度进行相同的处理, 取最大相干值对应的层速度为期望的速度。输入的是未叠加的数据(如共中心点道集或共炮点道集), 输出的是初始速度模型。该模型一般是基于附近的井信息和叠加剖面的解释。反演是一层一层进行, 在迭代中完成。该方法依赖于: ①介质模型的解释; ②射线追踪算法; ③目标函数的选择; ④找最大目标函数方法。 1．2、层析成像 初始模型(速度模型和深度模型)往往是粗糙的, 要得到精确的深度域结果, 就要综合利用各种技术方法不断调整、优化层速度模型, 直至每一个共偏移距的成像结果一致为止, 使之与地下地质情况最佳吻合。层析成像技术, 是速度模型优化的主要手段, 在地震学和地震勘探的研究工作中, 人们引进了医学上的CT技术(Computerized Tomography), 就是利用X射线检查人体内部的技术。在医学上X射线是直线路径, 而地震波在地球内部传播是沿着弯曲的路径。层析成像模型修改也是重复迭带进行的。 1．3 、射线偏移 对地下倾斜界面, 在地表记录的地震资料经处理获得的剖面, 在横向和垂向位置以及倾角都与真实情况有差异, 只有经过层位偏移后才能恢复到真实位置。将时间域零炮检距剖面上层位转化为深度域层位, 称之为射线偏移。输入的是零炮检距剖面上解释的时间层位(一般在叠加剖面上解释)和层速度。输出的是深度域层位。 1.4 共反射角Kirchhoff叠前深度偏移 Paradigm的具有专利技术的从目标成像点向地面进行射线追踪的共反射角偏移。广泛用于目标区的偏移成像。 1.5 波动方程叠前深度偏移
文章编号 %...%''%#$.%$$.4.'@+" %.收稿日期 $.%$.#.*'改回日期 $.%$.@%.(作者简介 周巍#%*+# )$"女"高级工程师"现主要从事各向异性克希霍夫叠前深度成像工作( "各向异性克希霍夫叠前深度偏移 周"巍 王鹏燕 杨勤勇 方伍宝 潘宏勋 刘旭跃 郭书娟 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院 江苏南京$%%%.# 摘要 随着地震勘探精度的提高"各向异性对于常规克希霍夫叠前深度偏移效果的影响已不容忽视(研究了利用1波非双曲旅行时求取各向异性参数的方法"当道集的排列长度远大于勘探目的层深度时"1波走时资料包含的信息可以用来确定C (V 介质的各向异性参数(利用C (V 介质的!\1道集"研究了二步法提取,参数的方法"即先利用短排列地震数据求取均方根动校正速度"再利用长排列数据和水平速度扫描法得到水平速度"通过转换得到各向异性,参数'采用基于声学近似的C (V 介质程函方程" 通过各向异性射线追踪计算旅行时(模型及实际资料处理结果表明"利用上述方法提取各向异性参数"进行C (V 介质各向异性克希霍夫叠前深度偏移" 使成像精度和质量得到了明显提高( 关键词 各向异性参数'叠前深度偏移'速度分析'射线追踪'旅行时Z %#%%.3#*+*!a 36H H >3%...;%''%3$.%$3.43..*中图分类号 1+#%3'文献标识码 - ""克希霍夫叠前深度偏移成像技术具有简便*高效*适用性强等优点"在复杂地区地震勘探中发挥了重要作用(但是近年来随着勘探技术的不断发展" 对成像精度的要求也越来越高"基于各向同性理论的克希霍夫叠前深度偏移已不能满足实际生产的需要"有必要开展各向异性克希霍夫叠前深度偏移研究( 目前"地震资料处理中所指的各向异性介质主要是横向各向同性介质"如上覆地层中广泛存在的页岩和薄互层"会产生具有垂直对称轴的极性各向异性#C (V "横向各向同性$(影响横向各向同性介质的克希霍夫叠前深度偏移的一项关键技术是各向异性射线追踪" 因为克希霍夫叠前深度偏移的主要计算量是射线追踪计算旅行时(各向异性克希霍夫叠前深度偏移与各向同性克希霍夫叠前深度偏移的不同之处就体现在旅行时的计算上"幸运的 是这方面的研究工作近年来取得了很大进展+ %;4 ,(影响各向异性介质精确成像的另一项关键技术是各向异性参数的可靠估计(实际生产中深度偏移预测的目标位置不准确并不表明该方法本质上存在错误"而是速度估算方法存在不足(因此"在克希霍夫各向异性叠前深度偏移中"建立正确的地下介质速度场和各向异性参数场#,参数$是非常重要的( 对于横向各向同性介质"%*&+年(0D F H 8>提出了具有明确物理意义的各向异性参数-*!和." 并分别给出了基于这些参数的相速度和时差速度 在任意强度以及弱各向异性条件下的表达式++ ,"为 各向异性研究奠定了基础(之后有不少学者对横向各向同性介质的速度特性及各向异性参数估计方法作了大量研究"但主要针对纵波非双曲线时差 速度分析和旅行时反演+@;%% ,(我们基于-7O 0=76K =0 和B 98J 0O =等提出的非双曲线时差各向异性参数 估算方法+@;*,"对,参数提取和深度域模型建立进 行了讨论'提出应用!\1道集数据按偏移距大小分段处理的方法提取动校正速度J >F D 和,8K K 等效参 数"并通过P 6T 公式获得层间,#&$ 值和层速度模型'通过深度偏移不断修正速度模型"实现了各向异性克希霍夫叠前深度偏移处理( %"各向异性克希霍夫叠前深度偏移 方法 ""各向异性克希霍夫叠前深度偏移的旅行时计算采用各向异性介质的射线追踪方法(我们采用-7O 0=76K =0从N 1波标量波动方程出发推导出的基于声学近似的C (V 介质程函方程+%, #%M $,$J $ >F D %). % #$0$ M %). %#$2 +,$ M J $ 1. %). % #$C $ N $, J $>F D J $ 1. %). % #$0$ M %). %#$2 +,$ %). % #$C $ K % #% $通过特征值法"推导出射线追踪方程组+ % ,+ @'第4%卷第4期$.%$年*月石"油"物"探 B )X 15S A V !-Y1Q X A 1)!(V "BZ X Q1)(Q X Y )[\ C D 734%""D 34 A 8E 3"$.%$
1.指出叠前时间偏移和叠前深度偏移的相同和不同之处，分析两者的特点和各 自的优、缺点？ 叠前时间偏移主要是指kirchhoff叠前时间偏移，叠前深度偏移包括kirchhoff叠前深度偏移、单程波波动方程偏移、逆时偏移、以及beam类偏移方法。kirchhoff叠前时间偏移与kirchhoff叠前深度偏移都是基于kirchhoff 积分原理和绕射叠加思想。kirchhoff叠前时间偏移与其他叠前深度偏移方法则相同性较小。 从理论上讲叠前时间偏移只能解决共反射点叠加的问题不能解决成像点与地下绕射点位置不重合的问题因此叠前时间偏移主要应用于地下横向速度变化不太复杂的地区。当速度存在剧烈的横向变化、速度分界面不是水平层状时只有叠前深度偏移能够实现共反射点的叠加和绕射点的归位。叠前深度偏移是一种真正的全三维叠前成像技术但它的成像效果必须依赖于准确的速度。 叠前时间偏移是复杂构造成像和速度分析的重要手段，它可以有效地克服常规NMO、DMO和叠后偏移的缺点，实现真正的共反射点叠加。叠前时间偏移产生的共反射点CRP道集，消除了不同倾角和位置的反射带来的影响，不仅可以用来优化速度分析而且也是进行AVO地震反演的前提。 Kirchhoff叠前时间偏移方法的基础是计算地下散射点的时距曲面，时距曲面的计算可以依靠双平方根公式或弯曲射线走时公式。时距曲面的斜率是由均方根速度决定的。根据Kirchhoff绕射积分理论时距曲面上的所有样点相加就得到该绕射点的偏移结果。Kirchhoff叠前时间偏移方法的计算效率很高。然而叠前时间偏移适用的速度模型是均匀的或者仅允许有垂直变化，因此叠前时间偏移仅能实现真正的共反射点叠加。当地下地层倾角较大或者上覆地层横向速度变化剧烈时，叠前时间偏移并不能解决成像点与地下绕射点位置不重合的问题。为了校正这种现象我们可以在时间剖面的基础上再做一次校正，使成像点与绕射点位置重合，这就是时深转换的目的。但时深转换的缺点主要是无法避免叠加所产生的畸变，而且在实现过程中缺少模型叠代修正的手段。
叠前深度偏移技术及其应用的发展历程 引言 地震偏移技术是现代地震勘探数据处理的三大基本技术之一，其目的是实现反射界面的空间归位和恢复反射界面的波场特征、振幅变化和反射系数，提高地震空间分辨率和保真度。随着油气勘探开发的进一步深入，油气勘探的重点转向复杂地表和复杂地质条件的区域。复杂构造区地震资料质量通常较差, 且横向速度变化剧烈,叠前时间偏移成像往往得不到精确的地下构造形态, 叠前深度偏移是解决复杂构造成像的有效工具。近年来，随着计算机的发展，尤其是并行计算机的出现，使得计算量庞大的三维地震资料叠前深度偏移成为可能。叠前深度偏移在解决复杂地质构造成像问题的同时能够提高资料信噪比和分辨率，压制多次波以及突出深层反射；不仅如此，与传统的时间域地震剖面相比，深度域成像的地震剖面更具地质意义。叠前深变偏移的广泛研究和应用，对于在复杂地质环境中提高地震勘探的能力将是极大的促进。 一、叠前深度偏移技术发展 常用的时间偏移技术是基于横向速度变化弱的水平层状介质模型产生的，而深度偏移技术是基于横向变速的真实地质深度模型发展而来的。因此时间偏移不能解决速度横向变化引起的非双曲线时差问题，当横向速度变化大、超出常规时间偏移所能适应的尺度时，偏移的成像精度大为降低(这一现象由Hubral P于1977年首次发现)。这个问题立即引起国际勘探地球物理学界的关注，并开始对非均匀介质偏移方法的研究。波动理论的引入促进了深度偏移技术的发展。2O 世纪7O年代，Claerbout 首次把波动方程引入到地震波场偏移成像中，Schneider 提出了基于波动方程积分解的克希霍夫积分法偏移，Gazdag 和Stolt 分别提出波动方程频率一波数域偏移方法，应用的都是简化形式的抛物线波动方程，即单程方程和爆炸反射面模型。2O世纪8O年代出现了全波动方程偏移、逆时偏移成像等算法，但由于当时计算机效率低，对速度模型要求苛刻等原因，未能得到广泛应用。到了9O年代，菲利普斯石油公司首先于1993年宣布使用叠前深度偏移技术在墨西哥湾盐下勘探获得成功，拉开了克希霍夫积分法叠前深度偏移技术成功应用的序幕，将叠前偏移技术的发展推向一次新的发展高潮。PC机群技术得到快速发展(速度达每秒万亿次以上)，偏移算法不断完善，使叠前深度偏移技术规模化应用成为可能。 1、为什么要做叠前深度偏移技术