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。
二、叠前时间偏移技术
叠前时间偏移的可行性分为下面三个方面：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。
下面简述三种时间偏移方法：
1克希霍夫积分法叠前时间偏移
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i 己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—个估算偏移孔径的反过程。对向地下延拓的空问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)、
dxdy t v R t y x u v R t y x u R v Rv t z y x U A ?????
????????+?++-=??),0,,(),0,,(cos 21),,,(0000θπ[]2/122020)()(//cos z y y x x z R z +-+-==θ.
式中R 为从地下(x ，Y ，z)点到地面点( X 。，Y 。, Z 。=0 )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汁算出地震道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0到地下R(x ，z)点的地震波入射射线的走时d t 。这可以用均方根速度rms v 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d t 到
u(x ，Y ，z ，t)的延拓记录的d t 时刻取出波场值作为该点的成像值。
(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—个炮集的Kirchhoff 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，即完成了叠前时问偏移。 2 有限差分法叠前时间偏移
在三维情况下，反射点轨迹变为—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)、 m m
t v z y x t v h 22
2222224)/411(=+++
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)、 m
m t u v z u y u x u t v h 2222222222224)41(??=??+??+??+ 如果炮检距方向与观测纵测线的方向成一定的口角度时需要进行 坐标变换。新坐标系下的方程为：
4)、 m
t u v z u y x u C y u B x u A 22222222224111??=??+???+??+??
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问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。f 3)式虽然容易求解，但在炮检距方向有转角 ≠0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。
3 Fourier 变换法叠前时间偏移
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）、
),,,(),,,()ex p(),,,(ωωωz k k S z k k D h ik m ik dk dk z h m P h m h m h m h m ∧
∧??+=
对层状v(z)介质，传播算子),,,(ωz k k S h m 由下式给出：
6）、 )],,,(exp[),,,(ωφωz k k i z k k S h m j
j h m ∑=，
其中， 7）、
])()([2
),,,(2222h m j h m j h m j k k k k k k zj z k k +-+--=ωφ ∑=j
j z z
j
j v k ω2= j v 是层速度。7式是常速频散关系的一种扩展形式。
4 结语
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(F-K)域中进行。频率-波数域偏移方法兼具有限差分法和克希霍夫积分法二者的优点：计算效率高，耗时少；无倾角限制，无频散现象；精度高，计算稳定性好。缺点是速度横向变化时，会使反射界面畸变；对偏移速度误差较敏感。
5流程
图1是叠前时间偏移处理流程。
图2是某区三维叠前时问偏移与叠后时问偏移处理效果对比。从网2中可以看出，叠前时间偏移剖面信噪比显著提高，主要构造部位断层成像更清晰，位置更准确(图2a)。
三、叠前深度偏移技术
反褶积、叠加与偏移是地震勘探数据处理的三大主要技术。叠前深度偏移技术的研究一直是近1O多年来全球油气地球物理勘探领域的热点。偏移的作用是使绕射波收敛、地下界面的地震反射波归位到正确的空间位置，最终得到真实反映地下界面形态的地震图像。与时间偏移相比，叠前深度偏移的理论体系更加完善和先进，也是目前国际上公认的解决复杂构造成像的有效途径。由于深度偏移对速度模型精度的依赖度高且运算量大(约为时间偏
移的2倍)，因此这项技术的应用受到影响。近年来，随着计算机技术和偏移方法的不断改进，深度偏移技术逐步得到推广应用，在我国东部深层和西部山前复杂构造的勘探中见到了明显效果。
1 我国叠前深度偏移技术应用现状
1．1 叠前深度偏移技术发展回顾
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。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Stoh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。进入21世纪，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，这预示着又一次新的发展高潮即将到来。
1.2 国内叠前深度偏移技术应用特点
国内叠前深度偏移技术的探索应用始于1995年胜利油田的古
潜山勘探，到现在已有十余年的发展历程。从当前技术发展的状况看，目前国内应用的叠前深度偏移技术基本上可以概括为以下两类。
1.2.1 基于波动方程积分解的克希霍夫积分法叠前深度偏移
20世纪90年代以前，叠前深度偏移技术研究基本上是针对克希霍夫积分法。随着多年来持续不断地改进和完善，克希霍夫积分法叠前深度偏移已成为一种高效实用的叠前深度偏移方法，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深度域成像软件，是当前实际生产中使用的主要叠前深度偏移方法。
但是波动方程的积分解难以描述复杂的地震波场成像过程，射线理论偏移成像存在焦散和不适应多路径等问题，在地下介质速度横向变化剧烈的情况下，成像效果不好。
1.2.2 基于波动方程微分解的波动方程叠前深度偏移
为解决射线理论偏移成像的不足而发展的基于波动方程微分
解的波场外推偏移成像方法，通常被简称为波动方程叠前深度偏移。根据波场外推算子估算方法不同，偏移计算方法主要分为两类：一类为有限差分偏移方法；另一类为频率一波数偏移方法。两类偏移方法各有特点，既可以分开使用，也可以联合使用(所谓的混合偏移)。波动方程叠前深度偏移方法理论上比较完善，没有高频近似，保幅程度高，但对观测系统变化的适应性差、运算效率低。目前在国内的应用还处于试验阶段。
1．3 影响叠前深度成像的关键因素
叠前深度域成像技术的推广应用除偏移算法需要不断改进外，还要解决静校正、低信噪比和复杂构造建模三个技术难题。
(1)静校正技术我国地域广阔，地表和地质条件复杂，西部地区山地、沙漠造成处理中的静校正问题突出，影响到噪声压制和叠前成像的效果。目前，解决静校正问题虽然有折射波、层析等低降速带静校正方法和初至波、反射波等剩余静校正方法，但面对地表问题十分突出的地区，如玉门的窟窿山、塔里木的西秋等，仍无法真正满足叠前处理的要求。基于水平层状均匀介质假设、以叠加成像为目的的反射波剩余静校正方法，对地震资料中所含的地形、构造和速度等信息有伤害作用，需要进一步改进，才能真正适合叠前深度偏移的需要。
(2)低信噪比数据的处理技术目前地震勘探的热点地区——东部深层和西部山前复杂构造带的地震数据大多具有相同特征：噪声强、反射信号弱、信噪比低。在常规处理中，叠加本身就是压制噪声的最好方法。而叠前成像对资料的信噪比要求更高，但是因为少了叠加去噪的过程，因此，有必要强化对低信噪比资料的叠前去噪方法研究。
(3)建模技术西部山前表层复杂、地下断裂发育、速度横向变化剧烈、资料品质较差，同时面临地质构造认识不清、层速度分析误差和速度各向异性等问题，经反复多次迭代后的偏移速度模型最终误差仍然很大。在多数情况下，速度模型对叠前深度偏移成像效果的影响超过了偏移算法的影响。目前国际上的地球物理软件公司已充分认识到速度建模的重要性，为加强对速度建模的研究，推出了垂直、沿层、网格层析和沿层层析等建模方法，建模的精度大为提高。
1．4 适用性分析
依据影响叠前深度域成像效果的因素和地震地质条件(包括表层结构和地质复杂程度)，可将我国叠前深度偏移的适用性分为三种类型。
(1)适用型表层速度横向变化小、地表平缓或起伏较小、中浅层构造简单、深部构造复杂、地震资料信噪比较高的地区，主要包括我国东部地区、准噶尔盆地腹部和四川盆地的一些地区。这类地区叠前时间偏移基本能满足中浅层地震勘探的需求，叠前深度域成像主要针对深层潜山和火成岩的地震勘探，技术的应用已比较成熟。
(2)较适用型表层速度横向变化较为剧烈、地
表相对平缓、地下构造复杂、地震资料品质较好的地区，如鄂尔多斯盆地西缘(中段)、柴达木盆地西南缘(阿拉尔断裂下盘)和北缘(冷湖地区)、塔里木盆地
库车拗陷(大北、迪那)以及四川I盆地东部等地区。
这类地区地表条件相对简单，浅层速度模型比较可靠，经以往时间域处理，构造的总体形态已比较清楚，但构造或断裂的准确形态不落实。这些地区目前有很多是勘探的热点地区，叠前深度偏移的应用已见到成效，以塔里木盆地的迪那地区应用效果最为明显，是比较适合做叠前深度偏移的地区。
(3)试验型表层速度横向变化大、地表剧烈起伏、地下构造复杂、地震资料品质差的地区，如祁连山山前(窟窿山)、鄂尔多斯盆地西缘(南段)和塔里木盆地库车(西秋)等。这类地区的地震资料处理同时面临静校正问题突出、资料信噪比低、构造复杂和速度建模难的问题，因此应用叠前深度偏移技术解决实际问题目前还比较困难，而必须针对具体问题开展专项研究，寻求相应的解决措施。
2 应用效果展示
叠前深度偏移作为解决复杂地质构造准确成像的最佳手段，从墨西哥湾盐下构造成像获得成功到现在已经历了十几年的发展历程。目前美国用于确定井位的地震资料，有70％左右做过深度偏移。但是深度偏移也是地震资料处理中综合性最强、实现难度最大的处理过程，从技术配套、速度建模和偏移方法都具有极强的挑战性。
我国的深度偏移应用始于20世纪90年代初。由于受当时认识的局限，我国东部地区的研究目标主要为中浅层勘探，深部构造成像被置于相对次要的位置，深度域成像的优势没有充分体现出来，成像结果与常规处理的成像相比，效果改善不大，因此叠前深度偏移技术曾一度被认为是可有可无的技术。直到1998年前后，大庆油田勘探深层火山岩构造遭遇到时间偏移成像精度较低和构造形态畸变等问题，遂将三维叠前深度偏移技术应用到兴城北、徐家围子等地区的地震资料处理中，得到能真实反映地下构造形态的地震成像，基本查清了勘探与开发过程中遇到的断层阴影、火山岩、气柱等问题，才使叠前深度偏移技术在东部深层的应用走向规模化。
类似的情况在我国西部也遇到过。西部是我国寻找油气储量的重点接替领域，由于地表结构和地下构造的双重复杂性，地震勘探遇到很大困难，迫切需要物探技术的新突破。在这种情形下，叠前深度偏移被寄予了厚望。早期的叠前深度成像工作，由于对处理难度估计不足，选择了我国最复杂的地区进行试验(如窟窿山等地区)，在很多技术问题没有解决(如处理技术不配套，建模方法不成熟，偏移算法相对落后等)的情况下，成像的效果不太满意，因此对这项技术的实用性产生过怀疑。近年来通过调整勘探思路，
采用循序渐进、逐步实施的方案，试验对象从相对简单的地区入手，深度域成像很快在西部地区见到成效，如在吐哈、大北等地表及地下构造复杂、地层横向速度变化剧烈的地区，见到比较明显的效果。同时还初步形成了一套适合复杂地表和复杂构造地区的叠前深度偏移处理流程，完善了配套技术，其中包括静校正、叠前去噪、速度一深度模型建立及优化。
目前中国石油集团公司拥有的叠前深度偏移技术已逐步形成
比较完整的技术系列，由中间参考面和地表出发的叠前深度偏移技术，在很多地区见到了明显效果。处理的资料从二维过渡到三维，处理的规模不断扩大，工作量逐年增加，叠前深度偏移的作用逐渐被接受并开始受到重视。到2006年叠前深度偏移技术的应用已涵盖了大庆、新疆、塔里木、辽河、华北、大港、冀东、青海、吐哈、玉门等各个油田。
2.1 西部地区应用实例
大北地区为塔里木盆地库车拗陷典型的山前盐下高陡构造，地表为高大山体，地下为逆掩推覆构造。1999年完钻的大北1井获得高产工业气流，揭示了该区发育大型气田的良好勘探前景，是国家“西气东输”工程和库车地区加快天然气勘探的首选目标之一。2005年三维地震勘探后，由于该区地层横向速度变化大，时间偏移不准，应用时间偏移资料成图与钻井揭示矛盾突出。通过克希霍夫积分法叠前深度偏移后，大北1井的构造高点南移了1400～1500m，断点北移，与钻井结果相吻合，从根本上改变了对该区地质结构的认识，恢复了地下基本构造形态(图3)，指导了气藏评价工作。
迪那地区与大北地区情况相似，由于逆掩推覆作用，速度横向变化剧烈，造成时间偏移成果构造形态变形，应用叠前深度偏移处理后，改善了成像质量，构造高点北移2800m(图4)，进一步完善了对油藏的认识。
图3、塔里木盆地库车凹陷大北地区T8反射层顶界面构造图对比a、原构造图 b、叠前深度偏移构造图
图4、塔里木盆地库车凹陷迪纳地区叠前深度偏移效果对比
a、叠后时间偏移剖面
b、叠前深度偏移剖面
东部地区应用实例
松辽盆地深层火成岩的天然气储层具有埋藏深，地层倾角变化打，非均质性强的特点。因此，识别火山岩体，岩相及储层的难度大。但是通过采用克希霍夫叠前深度偏移技术不仅可以明显改善地震资料的成像质量，提高火成岩内幕和边界的预测精度，而且能够有效地圈定出有利目标区。
冀东凹陷任丘潜山边界断裂高陡，内幕复杂，边界断裂城乡不准，内幕反射与生油凹陷接触关系不清楚，使潜山勘探井位难以落实，通过应用叠前深度偏移处理，边界断裂得到准确成像，落实了有利潜山圈闭。
图5 松辽盆地深层叠前深度偏移及叠后时间偏移的效果对比 a、叠前深度偏移剖面 b、叠后时间偏移剖面
图6 冀东凹陷任丘潜山叠前时间偏移及叠后深度偏移效果对比
a、叠前时间偏移剖面
b、叠前深度偏移剖面
3 发展方向
叠前深度偏移已在中国石油集团公司的油气勘探中取得明显
进展。就深度偏移的技术本身，仍面临许多需要解决的技术问题。一是各向异性速度建模与成像，由于我国西部地区逆冲断裂发育，老地层出露地表，浅、中、深层速度横向变化非常剧烈，在这种速度突变地区，逆冲三角带成像问题非常突出，研究各向异性速度建模和成像技术已成为当务之急。二是能量均衡问题，纵观目前的叠前成像剖面，地层反射波成像的能量非常不均匀，强弱差距很大，产生的原因有照明问题，也有地震数据信噪比差异大和偏移前数据能量不均衡等因素。三是波动方程偏移方法的优化，基于波场传播的波动方程偏移成像效果明显好于基于射线传播的偏移，但由于运算效率的问题，目前难以普及推广，因此有必要开发新的偏移算法。
当前，中国石油集团公司正进行叠前时间偏移技术的推广应用，并取得了很好的效果。叠前深度偏移技术应用则处于规模应用准备阶段。可以优先选择地震资料品质较好、地表条件较简单、地下构造认识较明确的具备叠前深度偏移条件的复杂构造区域开展处理应用，逐步推动工业化生产。
首先是我国东部、准噶尔盆地腹部和四川盆地的一些地区。由于中浅层构造比较简单，地震资料信噪比较高，深部构造以上的速度模型比较可靠，叠前深度偏移对中、深部的潜山和火成岩成像，一般可以见到比较明显的效果。目前的常规处理和建模技术基本上满足叠前处理和速度建模的需要，基本适于推广应用。
其次是鄂尔多斯盆地西缘中段、柴达木盆地西南缘阿拉尔断裂下盘和柴北缘冷湖地区、塔里木盆地库车拗陷大北等地区。这些地区的地表条件相对简单、地震资料品质较好、浅层速度模型比较可靠、构造的总体结构比较清楚，主要面临如何深化地质认识、解决局部构造和断裂破碎带的准确成像。在这类地区，常规去噪流程基本可以满足叠前处理的需要，但静校正和各向异性速度建模技术还存在待解决的问题。目前虽然叠前深度偏移在一些地方见到明显效果，但要大规模推广，还需要做进一步试验。
最后是祁连山山前(窟窿山)、鄂尔多斯盆地西缘(南段)、塔里木盆地库车拗陷的西秋等静校正问题突出、资料信噪比低、构造复杂、速度建模困难的地区。这些地区叠前深度域成像技术可能一时还难以解决问题。从处理角度看，无论是静校正、叠前去噪、各向异性速度建模等处理方法，还是基本的地质认识，目前都达不到叠前深度偏移的要求，要取得明显进展比较困难。现阶段的地震资料处理还应以时间域成像为主，结合一些试验性的叠前深
度域成像处理。
虽然叠前深度偏移技术在国内某些地区的应用遇到一些困难，但随着这项技术在算法和建模等方面的不断改进和完善，再加上在全球应用的经验积累，坚信这项技术必将成为解决我国西部等探区复杂构造成像的主要偏移技术。
结论：
通过对该方法的理论基础研究和实际应用效果
的分析，得出如下结论：
(1)叠前偏移技术可以明显提高成像精度，已经成为提高勘探成功率、降低勘探开发风险的主导技术。
(2)速度横向变化不大的地区做叠前时间偏移处理还是比较合适的，但在速度横向剧烈变化的地区应该做叠前深度偏移处理。(3)用于叠前偏移的地震数据应有较高的信噪比，振幅均衡，而且静校正问题必须得到较好解决。
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13、方伍宝，偏移成像技术综述，2006年seg偏移论文整理集
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。
工程物探 收稿日期:2007-11-25 深度偏移电测法浅析 苏洪葵 (铁道第四勘察设计院地质路基设计研究处 武汉 430063) 摘 要 传统直流电法二极装置需要两个无限远电极,野外工作中相当不便。第一次提出深度偏移概念,从理论上构建一个建立在非稳定场基础上的模型,以缩小野外工作的装置规模。关键词 二极装置 深度偏移 电测法 1 建立模型 电测法是物理勘探的一个重要分支,它包括了很多细小的分支,如直流电法、交流电法、电磁波法等。野外工作中根据实际情况使用不同的方法。直流电法中经常用到二极法、三极法,四极法和五极法等,而二极、三极装置都需要无限远电极,影响了野 外工作中的使用。 图1 电测法模型 四极法的装置(图1a),A 、B 是供电电极;M 、N 是测量电极。这里试图改变其中一根测量电极的位置,使之向供电极偏移并与供电电极重合 以构建新的装置模型。偏移之后显然与二极装置(图1b)没有相像之处,没有无限远电极,(图1c)。为了后文讨论方便,暂时规定A 、B 分别带有等量且极性相反的电流+I 和-I 。 由于N 与B 重合,模型变得简单。 2 原理 图1b 二极装置中,M 电极的电位值只与供电极A 有关。为讨论方便,只考虑电极在地面的情况,单 一介质模型中二极装置的电位及视电阻率由下列公式给出: U 1=I 2 r (1) s = 2 rU 1r I (2) 式中I 为电流强度, 为解释电阻率,r 是A 到M 的距离。 二层介质的电位及视电阻率由下列公式给出: U 2= I 2 1r +2 n =1 K n 12(2nh )2 +r 2 (3) 将U 2代入(2)即得二层介质的视电阻率: s = 2 U 2r I (4)K 12= 2- 1 2+ 1 (5) 式中h 为地层厚度, 1和 2分别代表第一层和第二层介质的电阻率。 对于图1c 的情况,先计算A 、B 各供电极分别在M 、N 处的电位。在单一模型或二层介质中,A 、B 在M 及A 在N 处的电位、U A M 、U BM 及U AN 可由(1)、(3)式给出,B 在N 处的电位,显然: U BN =U B =-I 0 16 2r 0 (6) 式中 0是电极的电阻率。U B 是金属电极表面的电位。
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
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。
单程波动方程叠前深度偏移并行算法 1 引言 波动方程叠前深度偏移技术在墨西哥湾地区的应用,成功地解决了海相地层中强横向变速盐丘构造的成像问题[1~3],也为在世界各地的广泛应用提供了示范。但国外研究主要集中在海上海相地层构造的成像,而对陆上陆相地层构造的成像研究相对较少,尤其对炮域的单程波动方程叠前深度偏移的应用性研究更少 [4~6]。 国内波动方程叠前深度偏移理论研究源于20世纪80年代,90年代开始逐步推广应用,现在已成为油气田勘探开发中一项主流技术。本文主要介绍单程波动方程叠前深度偏移技术的实用性研究成果。2 单程波动方程叠前深度偏移流程 鉴于由国外引进的地震资料处理系统中有关三维炮域波动方程叠前深度偏移软件还不成熟,因此本文以胜利油田物探研究院自主研发的“Stseis叠前深度成像处理软件系统”为依据,根据三维炮域单程波动方程的成像特点,确定了相关的处理流程(图1),其主要包括地震数据预处理、波动方程速度分析和波场外推成像3部分。 2.1 地震数据预处理 为了消除地表条件和采集质量变化对成像质量的影响,在处理中采用了有针对性的处理方法和技术措施,在炮道集数据上解决噪声干扰问题,包括:地表一致性静校正、地表一致性振幅补偿、地表一致性区域异常噪声衰减、地表一致性反褶积和炮间能量一致性均衡等[7,8]。这些措施为后续三维炮域单程波动方程高精度成像提供了前提。 2.2 速度分析 速度分析是叠前深度偏移技术的核心内容,也是获得精确速度场的有效工具。叠前深度偏移技术的最大优势就是实现地震数据处理、解释一体化思想,将解释人员对地质构造的认识融入速度迭代修正与速度建模过程中[9]。本文在实际资料处理中使用的速度分析工具是自主研发的“Stseis叠前深度成像处理软件系统”中的垂向和沿层波动方程剩余速度分析模块[10~12]。 2.3 单程波动方程成像 单程波动方程偏移被广泛应用于二维、三维地震数据的叠后时间/深度偏移中。随着勘探难度的增加以及计算机软、硬件的发展,基于单程波动方程的叠前时间/深度偏移也越来越引起人们的关注[13~15]。尤其是在复杂介质条件下,单程波动方程叠前深度偏移能取得优于传统基尔霍夫偏移的成像效果,这基本上得到了工业界的广泛认同。同所有基于波场外推的偏移方法一样,单程波动方程偏移由
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
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
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，
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
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。
2001年12月 石油地球物理勘探 第36卷 第6期 基于Rytov近似的叠前深度偏移方法 陈生昌 曹景忠 马在田 (同济大学海洋地质重点实验室) 摘 要 陈生昌,曹景忠,马在田.基于Ry tov近似的叠前深度偏移方法.石油地球物理勘探,2001,36(6): 690～697 本文在频率—波数域和频率—空间域实现了一种基于R ytov近似的叠前深度偏移方法,并在二维空间作了M armo usi模型炮集数据的处理。通过与Split-Step Fourier和Phase-Screen等叠前深度偏移方法的比较,我们认为基于Ryto v近似的叠前深度偏移方法不仅在效果上优于前两者,而且还能更好地处理速度横向变化。 在散射波场的计算中,我们使用了一个比Huang L等(1999)[3]的方法更稳定的散射波场计算公式,扩大了Ryt ov近似的应用范围,使基于R ytov近似的叠前深度偏移方法能够适应更剧烈的横向速度变化。 关键词 叠前深度偏移 Ry tov近似 散射波场 速度横向变化 波场外推 G reen函数 ABSTRAC T Chen Shengchang,Cao Jingzhong and Ma Zaitian.Prestack depth migration method based on Rytov approximation.O GP,2001,36(6):690～697 In this paper,a prestack depth migration method based on Ry tov approx imation is carried out in frequency-w avenum ber domain and frequency-space domain,and is used to process comm on shot g ather data for Marmousi m odel in2-D space.T hroug h com-parison w ith split-step Fourier m igration method and phase-screen m igration methods, w e considered that the prestack depth migration method based on Rytov approximation not only can produce better m igration result than previous tw o methods,but also can better handle lateral velocity variation. During calculation of scattered wavefield,w e use a more stable formula for scat-tered w avefield than that used by Huang L et al.It extends the range of Rytov approx-imation,and makes the prestack depth mig ration method based on Rytov approx im a-tion can adapt strong lateral velocity variation. Key words:prestack depth migration,Ry tov approx imation,scattered w avefield,lat-eral variation of v elocity,wavefield extrapolation,Green function Chen S heng chang,Department of M arine Geology and Geophysics,T ongji University,Shan gh ai City,200092,China 本文于2000年10月20日收到。
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
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。
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４２卷第ｌ期２∞０年３月 石油物探 （；Ｅ（）Ｐ¨ＹＳｌｒＡＬＰＲＵＳＰＥＣＴＩＮＧⅣ）ＲＰＦ¨ｉｏＩ，］！ＵＭ 文章编号：１∞ｏ“¨（舯０３）ｏｌ００６８一０４ 叠前深度偏移在复杂地区的应用 方伍宝１。：，周腾！，袁联生２．杨子兴： （１．南京理工大学，江苏南京２１００１４；２．中国石化石油勘探开发研究院南京石油物撂研究所，江苏南京２１００１４） 摘要：简要介绍了叠前深度偏移（ＰｓＤＭ）的方法技术．ｔ耍包括叠前深度偏移成像，旅｛彳时计算羊【｜速度模型建立３个部分。将叠前深度偏移技术应用十３个有代表陛的复杂构造地区，其结果在断层显示的清晰度、断块识别的准确度以及高速盐体的边界成像精度等方面均有明显的提高。叠前深』｛｝＝偏移町为复杂地区的高精度构造解释和地质解释提供可靠保证。 关毽词：叠前深度偏移；复杂掏造ｉ成像精度 中图分类号：ｌ’６３１．４＋４３文献标识码：Ａ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｓｔａｃｋｄｅｐｔｈｍｉｇｒａｔｉｏｎｉｎｃｏｍｐｌｅｘａｒｅａｓ ＦａｎｇＷｕｂａ０１～．Ｚｈｏｕ’ｒｅｎ９２，ＹＬ】ａｎＬｉａｎｓｈｅｎ９２，ＹａｎｇＺｉｘｉｎ９２（］Ｎ月埘ｎｇＬ１＂Ⅲ、ＨｊＩｙｏｆ斯如ｆｃ８ＬＩＰｆｈＴ】。ｌｏｇｙ．Ｎ８ｎＪ’ｎｇ２Ｊ００】４，Ｃｈｌｎａ：２．Ｉ㈧】ｃＬｌ忙（）ｆＧｅｏｐｈｙｓｊｆａｌＰｒｏｓｐｅｃ ｎｎｇ，ｓＩＮｏＰＥＣＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｍｊＩｕｔｅ。ｆ１１（、ｔｒｏｌｅｕｍＥｘＩ“ｏｒａｔｌｏｎａｎｄｒ）ｅｖｅｌｏｐｍＰｎＩ，Ｎａｎｊｌｎｇ２１００１４。ＣｈｉｎＨ） Ａｂｓｔｒａｄ：Ｐ¨ｂｔａｃｋｄｅｐＩｈｎｌｉｇｒａｎ。ｎ（ＰＳＤＭ）１ｓｈｒｌｃｎｙｄｅｓｆｒｉｌ）ｅｄ。ｗｈｌｃｈｃ。１１３Ｌｓｔｓ“ｐｒｃＨｔａｃｋｄｅｐ【ｈｍｌｇｒａｎ。ｎｌｎｌａ—ｇ【ｎｇ，ｆｒｆＩｖｃ】“Ｉｎｅ∞ｈ山ｃｉ。ｎａｎｄ（（ｍｂｔｎＩｃｆＩｏｎ甜～ｅｌ。ｃＩ｝ｙｍ（甜ｅ１．ｆＩｈｅＰＳＤＭｗａｓａｐｐｊＩｅｄｔ。小ｎ，（，（。ｏｍｐｋｘ＾｛ｒｕｃｆｕｒｅｒｅｇｉ。ｎｓ．ｗｈｉｃｈＷｓｕ【ｔｅｄ１ｎａｆｌ（ｍｒｅｒａｎｄｍ【）ｒｃａｃｃｕｒａｔｅｌＩＩｌａｇｅｆ。ｒｆ小１１１ｓａｎｄｈ；ｇｈｃｒ１ｒｍｇｉｎｇｐｆｅｃｌｓｌ。ｎｆ（）ｒ１１ｊｇｈｖｅ、ｌｏ巾ｙｓａｈｂｏｕ兀ｄＨｒｙ．７ＩｈｅＰＳＤＭｒｅｓｕＩｔＨｒｌＩ【ｏｗ“ｆｏｒｈｌｇｈｐｒｅｃｌｓｃｇｃｏＪｏｇ记ａｎ（ｊＨＩｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｔｅ‘ｐｒｅｔａｔｉｏｎｉｎｃｏｍｐＩｅｘｒｃｇｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｍａｃｋｄｃｐｌｈｍｉｇｒ８ｔｉｏｎ：ｃｏｍｐ【ｅｘ¨ｒｕｃｔｕｒｅ；ｉｍａｇｉｒ珥ｐｒｅｃ】ｓＩｏｎ 随着我国油气勘探开发的进一步深人．地震勘探面对的地质、地震条件日趋复杂。地表涉及到沙漠、戈壁、山地、黄土塬、水网等地貌，如此则近地表纵、横向速度变化大，必须对地震资料顶处理提出更高的要求，在静校正、去噪、反褶积等方面要有新的方法和手段。地下存在逆掩断层、小断块、高陡倾角构造、深部低幅度构造、盐体等复杂地质构造，这对地震资料成像提出了更高的要求，迫使我ｎｊ研究高精度的地震成像方法。叠前深度偏移技术就是高精度地震成像的最佳方法“ｊ。叠前深度偏移技术谁经历着从追求方法技术的发展到面向实际应用的转变。首先发展起来的是基于克希霍夫积分的叠前深度偏移技术。它突出的优点是计算效率高．对观测系统的适Ｊ越能力强，弱点是要求地下构造不能过于复杂，地层的纵、横向速度变化不能过大。近儿年来，针对克希霍犬积分法的弱点，开发出了基于波动方程波场延拓的整前深度偏移技术，它的成像精度高，保振幅件好．对复杂构造的适应能力较强，但是计算量很大。目前，绝大多数应用于生产的叠前深度偏移方法仍为克希霍夫积分法。 我们将克希霍夫积分叠前深度偏移方法应用于３个复杂地区的地震资料处理时１，均取得ｒ较满意的结果， １方法技术简介 克希霍夫叠前深度偏移主要分为３个部分，即叠前深度偏移成像、旅行时计算和速度模型建立。１．１叠前深度偏移成像 叠前深度偏移成像的理论基础是声学介质的标量波动方稃 ｖｚｕ．．三掣一ｏ（ｎ ｕ—ｄｒ。 式中。【，为地震波场．ｗ（“∥，：）为介质的速度。 收稿日期：２００２０４～１２；改回日期：２００２ｌ２ｌ３。 作者简秆：方伍宝（１ｑ６ｌ一）．男．高级』＿程帅．顿ｈ现在中国石化石油勘探开发研究院南京打油物探研究所从事地震偏移方法研究上作。 ．３ №猢 鸵ｈ 眦‰ 万方数据