文章编号:1004 5589(2007)04 0492 09
Kirchhoff 积分法叠前时间偏移技术
在三江盆地XDLZ 地区的应用
于明德
1,2
,王璞王君1,铁映春2,杨云飞2,冯全东2,胡艳莎2,田云
2
1.吉林大学地球科学学院,长春130061;
2.中国石油化工股份有限公司河南油田分公司石油勘探开发研究院,河南南阳473132
摘要:三江盆地前进坳陷XDLZ 地区构造较复杂,以往开展的二维叠后时间偏移成像精度低和空间位
置不够准确,为此进行了二维叠前时间偏移处理研究,分析了K irchhoff 积分法叠前时间偏移处理中关键环节技术参数(叠前去噪、振幅补偿、反褶积、静校正、均方根速度建模和偏移孔径选取)对研究区复杂构造成像的影响及处理技巧。通过叠前时间偏移和叠后时间偏移在该区的应用效果对比分析,K irchhoff 积分法叠前时间偏移处理结果包含地震信息更加丰富,深层复杂构造成像在同相轴的连续性和断层及断点空间位置更趋合理,成像相位和振幅误差较小,构造成图精度提高了约4%。
关键词:三江盆地;叠前时间偏移;K irc hhoff 积分法;地震信息中图分类号:P 631 42 文献标识码:A
收稿日期:2007 08 10;改回日期:2007 09 27
基金项目:国家重点基础研究发展规划(973计划)项目(2006CB701403)
Application of Kirchhoff integral method prestack time migration technique in XDLZ area of Sanjiang Basin
YU M ing de 1,2,WANG Pu jun 1,T IE Ying chun 2,YANG Yun fei 1,
FENG Quan dong 2,HU Yan sha 2,TIAN Yun 2
1.College of Ear th Sciences ,J ilin University ,Changchun 130061,China;
2.H enan Petr oleum Ex plor ation and D evelop ment I nstitute,SIN OPEC ,N anyang 473132,H enan,China
Abstract :There ex ist complex structures in XDLZ area of Qianjin sag of Sanjiang Basin.The former imag ing accuracy and space location of 2D poststack time m igration w ere not accurate.The authors did research on
2D prestack time m igration processing and analyzed the key technical parameters in the Kirchhoff integ ral method prestack time m igration process such as prestack noise attenuation,amplitude com pensation,deconvolu tion,static correction,root mean square velocity model building and choosing m igration aperture to the influence on the complex structure im aging in study https://www.doczj.com/doc/b6619566.html, pared and analyzed the application effects of the prestack and poststack time migrations in this area,the result show s that the Kirchhoff integral meth od prestack time mig ration process has more abundant seismic inform ation;the deep com plicated structure im aging is more ratio nal in the field of the seism ic event continuity and the space location of faults and their points with less errors in its phase and amplitude;the accuracy for mapping structure is im proved by ca.4%.
Key words :Sanjiang Basin;prestack time migration;Kirchhoff integral method;seismic information
第26卷 第4期2007年12月
世 界 地 质GLOBAL GEOLOGY V ol 26 No 4
Dec 2007
0 引言
三江盆地XDLZ地区是一个以埋藏适中、保存相对较完整的上侏罗统 下白垩统为主要目的层系的油气勘探区块,具有现今正处于生烃高峰阶段的J3-K1的龙爪沟群烃源岩,基本断裂体系由北北东 北东向和北北西 北西向两组断裂构成,区内圈闭发育,总资源量约为0 845108t油当量,具有较好的油气勘探前景。然而,该区构造较复杂,以往开展的二维叠后时间偏移成像效果不理想,尤其是对复杂的陡倾角地层和断裂带的成像,难以满足对主要勘探目的层上侏罗统 下白垩统地震解释和圈闭发现落实的需要。
地震偏移成像[1]是地震资料处理的核心技术,包括叠前时间/深度偏移和叠后时间/深度偏移,偏移的目的都是利用地震数据对地下介质进行成像,虽然这些方法都是基于各项同性介质的假设,然而,这些不同的偏移处理方法又具有各自不同的理论假设条件,其处理效果也不尽相同。其中,叠后偏移的理论假设条件为水平层状介质的假设和输入数据的零炮检距自激自收记录的假设,解决了陡倾角偏移成像问题,但叠后偏移中自激自收假设条件的成像数据难以得到满足,对于复杂速度场和复杂构造的地质问题也难以得到真正解决,且其偏移精度常受输入数据误差的影响[2 8];而叠前偏移技术摒弃了这些理论假设,比叠后偏移技术更适用于复杂构造成像,叠前偏移处理技术包括叠前时间偏移与叠前深度偏移[7 10]。实践证明,叠前深度偏移是对复杂地质构造成像的最好方法,适合于具有一定信噪比和速度横向变化剧烈地区地震资料的偏移成像,但其对速度场的精度要求太高,现有的建模技术难以达到要求,制约了其大范围内推广应用;与叠前深度偏移相比,叠前时间偏移是现阶段更为合适的地震成像技术,适合于具有一定信噪比和速度横向变化不大地区地震资料的偏移成像,近几年来该技术在国内已逐步成为常规偏移成像处理手段并得到广泛应用。
1 Kirchhoff积分法叠前时间偏移技术
1 1 基本理论依据
当地层几何形状比较复杂,速度横向变化时,应用叠后时间偏移技术难以得到理想的成像效果,而叠前时间偏移处理技术是利用叠前道集及均方根速度场,故能够将各个地震数据道偏移到真实的反射点位置,形成共反射点道集,再进行叠加,提高偏移成像精度;此外,叠前时间偏移方法的迭代过程也能使最终得到的速度场精度与振幅保真度均优于叠后时间偏移[11],这样不仅有利于进一步提高构造解释成图精度,而且可确保叠前属性提取与叠后地震数据反演结果的真实可靠。叠前时间偏移虽然仍无法从根本上解决地下构造的成像(成像点与绕射点的偏移)问题,但它基于绕射叠加或者Claerbout的反射成像原则[12],是一种射线成像(DM O是法向射线成像),适用于V(z)介质和横向速度中等变化的介质,且对偏移速度场不敏感,从理论上取消了输入数据为零炮检距的假设,避免了正常时差校正(NMO)后的共中心点(CM P)道集叠加所产生的畸变,比叠后时间偏移保存了更多的叠前地震信息;叠前偏移后的叠加是共反射点的叠加,依据的模型是任意的非水平层状介质,因此叠前偏移的图像比叠后偏移在空间位置上更准确。
当前应用较多的叠前时间偏移技术方法主要包括基于波动方程积分解的Kirchhoff积分偏移法[13]和基于波动方程差分解的有限差分法[14]两种,前者更容易实现、计算成本低、效率高,对偏移速度场的要求较深度偏移低,能够适应不同的观测系统[15],对输入数据没有特殊要求,处理方式方便灵活,所以在叠前偏移中率先得到推广;而波动方程法叠前时间偏移可以克服Kirchhoff积分偏移法中用几何地震学原理求出振幅补偿值的弱点,虽然用逆传播因子导出的振幅补偿值比Kirchhoff权函数更加符合波的传播规律,保幅效果得到改善,但其对地震观测系统的适应性较差,而且算法费机时、计算效率低、处理周期太长。
Kirchhoff积分法叠前时间偏移的基础是地下绕射点的时距曲面,据Kirchhoff绕射积分理论[16],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;该方法在具体实现中,一般都是在共炮点道集上完成的,比在其它道集上实现要方便得多。一般的Kirchhoff外推积分式为
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第4期 于明德王璞王君等:K irc hhoff积分法叠前时间偏移技术在三江盆地XDLZ地区的应用
u(x ,y ,z ,t)=
-1
2
A
cos Rv v R u x 0,y 0,0,t +R v +
u x 0,y 0,0,t +
R
v t
d x d y
其中
cos =z /R =z /
(x -x 0)2+(y -y 0)2+z 2
R 为从地下点(x ,y ,z )到地面点(x 0,y 0,z 0=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 )点上接受的反射记
录。
1 2 叠前时间偏移的实现步骤
(1)共炮点记录向地下的外推
首先将共炮点
记录从接受点上向地下外推,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 )点上接收的反射记录。
(2)单点成像值的确定
当把地下点(x ,y ,
z )的反射波对应到该点上时,记录上有(x ,y ,z )产生的反射波和z 深度以下界面产生的反射波(其它深度点上的反射波),然后用积分公式延拓[17]计算出地震道u (x ,y ,z ,t),并从中取出该点成像的波场值作为其成像值,即计算从炮点
O 到地下R (x ,z )点的地震波入射射线的走时t d
,此时可用均方根速度去除炮点至地下R 点的距离来近似求出,也可用更准确的射线追踪法来求取。
(3)单个炮道集的偏移
将所有深度点上的延
拓波场按照第二步的操作法取出其成像值,便可组成偏移剖面,这样便完成了一个炮道集的Kirch hoff 积分法偏移。
(4)所有炮道集的偏移叠加
将所有的炮道集
记录按上述三步处理后,按照地面点相重合的记录开展叠加的原则,进行叠加后,即可完成叠前时间偏移。
图1为经大量实践探索形成的典型的叠前时间偏移处理流程,其关键技术环节有:叠前去噪、振幅补偿、反褶积、静校正和均方根速度建模以及偏移孔径的选取等。
图1 叠前时间偏移处理流程图
Fig 1 Prestack tim e migration disposal flow chart
2 关键环节技术参数对构造成像的影响
叠前时间偏移不考虑由近地表引起的激发和接受振幅的空间变化、子波的空间变化,以及大地吸收和观测系统等的影响。因此,在进行叠前时间偏移处理之前,必须消除这些由地表造成的影响,如
相对保持振幅和波形的叠后成像处理与修饰性处理的条件,以及在此基础上开展的相对保持振幅和波形的叠前提高分辨率处理和成像处理的条件等。针对三江盆地XDLZ 地区地震资料的低信噪比问题、静校正问题和成像问题等,开展了叠前数据优化、一致性处理、反褶积、静校正以及偏移孔径等主要
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技术参数的分析试验。
(1)叠前去噪叠前时间偏移使用的是叠前道集数据,其抗噪能力比叠后偏移方法差,其中的有效信号和噪音都参与偏移计算,故对噪声具有放大作用,从而使干扰波在偏移孔径内不能相互抵消,会降低叠前时间偏移的成像质量,因此需要做好叠前多域去噪处理,尽可能提高信噪比。目前叠前去噪的方法很多,大体可分为手术法、滤波法、变换法和减去法等,而这些去噪方法都有其优点与局限,有些方法如若应用不当还会产生新的噪声,因此做好叠前去噪的关键是仔细分析工区噪声的类型和特点,采取有针对性的去噪方法,尽可能做到保真去噪,去噪的同时不损害有效信号[18]。研究区原始资料的主要噪音是面波、多次折射和多次波,对此主要采用了信噪分离预测噪声技术、相干干扰自动识别与压制技术、以及多手段联合压制技术(多道叠加技术、预测反褶积技术、近道切除压制技术和F-K域倾角滤波技术)等进行叠前去噪[19]。其中,根据面波和有效波主频的差异,采用信噪分离预测噪声技术有效地消除了原始单炮上普遍存在着的面波干扰,同时又保护了低频有效信息,使其信噪比得到提高(图2);从炮域和检波点域的有效波信号中提取的多次折射干扰波优势频段特征为约束条件,利用相干干扰自动识别与压制技术在对记录做分频处理后,识别并压制干扰波,使有效信号不会被削弱、不产生边界效应和蚯蚓现象(图3);对一次波速度动校正后具有相同旅行时的多次波因速度较低而出现动校正量不足并呈弯曲状态的多次波(有效波此时已基本拉平),采用多道叠加技术对远偏移距多次波进行了压制,应用预测反褶积技术在对多次波部分削弱的基础上,对近偏移距多次波和层间多次波适当采用了近道切除压制技术来压制一部分噪声,同时利用F-K倾角滤波技术在速度求取的基础上,通过动校正和信噪分离来达到滤除多次波的目的,取得了较好效果(图4)。
(2)振幅补偿叠前时间偏移的输出就是沿绕射曲面对叠前地震振幅求和的结果,因此需要在保幅去噪的基础上进行振幅恢复处理。其理论基础是根据炮点、检波点对反射振幅的影响具有地表一致性的特点,对具有地表一致性的CM P有效反射振
幅进行补偿,来消除炮与炮之间、检波点之间或偏
图2 X DLZ地区去除面波前(a)后(b)单炮对比图Fig 2 Shot contrast map before(a)and after(b)atten uating surf ace wave of XDLZ area
图3 XDLZ地区多次折射波去除前(a)后(b)单炮对比图
Fig 3 Shot contrast m ap before(a)and after(b)at tenuating m ultiples refraction w aves of X DLZ area
图4 XDLZ地区多次波压制前(a)后(b)的道集对比图
Fig 4 Gathers contrast map before(a)and after(b) attenuating multiples waves of X DLZ area
移距方向上的能量差异,一般常用振幅综合补偿法来补偿散射、球面扩散和能量衰减等因素引起的地震振幅随时间的衰减,利用地表一致性振幅校正技术[20]消除由于地表激发、接受条件不一致引起的地震振幅的空间变化,为提高分辨率,还需使用地层吸收补偿技术来补偿地层对高频能量的吸收作
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用。针对研究区的叠前去噪剖面特点,利用球面扩散补偿技术和信号增强技术对其纵向上的反射能量进行了补偿恢复,实际应用中对因球面扩散作用、大地吸收作用而产生的随时间、偏移距变化的深反射层能量的损失主要利用球面扩散补偿技术来补偿(图5),对于因浅层强反射层屏蔽作用引起深层反射的衰减能量主要采用信号增强技术对其适度恢复;对由激发接收因素引起的横向能量差异,主要用地表一致性振幅校正技术来取炮/检点振幅补偿值来促使其横向能量均匀(图6)
。
图5 XDLZ 地区球面扩散补偿前(a)后(b)单炮记
录对比图Fig 5
Shot contrast map before (a )and af ter (b)spherical spreading compensation of XDLZ
area
图6 XDLZ 地区地表一致性振幅补偿前(a)后(b)
单炮记录对比图
Fig 6 Shot contrast map before (a)and after (b)am
plitude compensation of surface consistency of XDLZ Area
(3)反褶积叠前时间偏移降频严重,因此在
叠前数据准备阶段,在保证信噪比的前提下,尽可能地提高地震资料的纵向分辨率;反褶积一方面能够提高分辨率,另一方面能够对子波进行整形。组合反褶积既提高分辨率又兼顾信噪比,频带拓宽效
果比较理想,所以应用中常根据实际地震资料质量
和地质任务要求,采取该方法来达到上述目的。其中,地表一致性反褶积是利用基于Morley 和Calaerbout (1983)[21]、Levin (1989)[22]和姜伟才(2004)[23]
、王西文(2006)[24]
提出的地表一致性反褶积理论,采用共炮点、共检波点、共偏移距和共CDP 点四个分量的统计结果来计算反褶积算子,并进一步消除近地表因素引起的激发子波的空间差异影响,使子波形态及能量分布更趋于一致。针对研究区振幅补偿后的资料情况,先利用地表一致性反褶积来消除因地表激发、接受条件变化造成的子波非一致性影响,使得子波波形、振幅在横向上达到一致,然后再利用预测反褶积、脉冲反褶积或零相位反褶积等对子波进行压缩,同时利用预测反褶积可以时变的特点,控制预测反褶积的预测步长和时窗,来控制浅层和深层的信噪比和分辨率,取得了较好的效果(图7)。
图7 X D LZ 地区反褶积前(a)后(b )单炮记录对比图Fig 7 Shot register contrast m ap befo re (a)and after (b)
(4)静校正静校正能够消除表层速度不均匀
性的影响,使得反射波同相轴更加光滑。常规静校正方法对高、低频信号应用统一的静校正量,严重
影响了地震波高频成分的静校正精度,造成高频成分不能同相叠加,在降低高频成分信噪比的同时还将低了地震资料的分辨率;在研究区采用分频剩余静校正技术[25]不仅提高了地震资料的信噪比,而且也使高频信号能量得以加强,达到了既提高信噪比,又提高分辨率的目的,同时还能提高速度建模
的精度。
(5)均方根速度建模偏移速度模型决定了叠前时间偏移沿绕射曲面求和的轨迹,因此建立精确的偏移速度模型是进行叠前时间偏移的关键。在速度建模中应遵循物探与地质相结合的思想,在均方根速度模型符合地质规律、CRP 道集必须拉平、
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偏移成果与井资料吻合这3项标准[26,18]的指导下,
利用Kirchhoff叠前时间偏移得到时间域CRP道集后,通过反动校正交互拾取速度谱,建立均方根速度模型,再进行Kirchhoff叠前时间偏移,通过多次迭代,当最终获得的均方根速度和t0数据满足上述3项标准后便可得到精确的偏移速度模型。
(6)偏移孔径的选取偏移孔径[27,28]是影响偏移成像效果的一个决定性因素,其大小不仅关系到成像的精度,也关系到其计算效率。当选取较小偏移孔径时,虽然可保障简单构造(低缓构造)反射波同相轴的成像质量,但不能实现深部大倾角、陡构造地层较好的归位,而且同相轴还会出现!平化?现象;当选取较大偏移孔径时,大倾角、陡构造的反射波同相轴成像改善明显,但无疑会增大计算量,且反射波同相轴常出现连续性变差、信噪比降低的现象[29]。根据研究区的地震地质情况(地层倾角、记录长度、道集的水平范围等估算出的反射波地下空间范围),开展了偏移孔径分别为500m、1500m和3000m的试验,通过比较分析最终在浅层(0ms~500ms)、中深层分别选取500m、1500m的偏移孔径效果较好。
3 处理效果分析
从三江盆地XDLZ地区满覆盖450km的叠前时间偏移处理与叠后偏移处理成果剖面看:Kirch hoff积分法叠前时间偏移处理成果主要表现出如下4个方面的优点。
(1)包含地震信息更丰富叠前时间偏移后得到的CRP道集反映同一反射点的信息,借助叠前偏移的循环可以准确地求取均方根速度,与CM P 道集相比,叠前时间偏移后反动校的CRP道集消除了构造倾角和其它横向速度变化的影响,真正反映了同一反射点的信息,同时所包含的各种地震信息也更丰富(图8)。
(2)深层复杂构造成像得到改善复杂介质情况,水平层状假设和基于双曲时距关系的动校正不能产生较好的零偏移距剖面。当勘探目标复杂,常规的MZO(=NMO+DMO)(理论假设为速度不变或速度仅随深度变化)不能满足复杂地质目标成像的要求,而叠前时间偏移可以达到共反射点的叠加,因此比叠后时间偏移的盆地基底形态、同相轴
的连续性和断层及断点位置的刻画更清晰,更接近于地下实际构造(图9)。
图8 XDLZ地区DMO道集(a)和叠前时间偏移道集
(b)对比图
Fig 8 Gathers contrast m ap DMO(a)and prestack time migration(b)of XDLZ area
图9 XDLZ地区712测线叠后时间偏移(a)和叠前时间偏移剖面(b)对比图(局部)
Fig 9 Seismic sections contrast map of poststack time mi gration(a)and prestack time migration(b)of
712line in XDLZ area(local)
(3)成像相位和振幅误差较小叠前时间偏移对偏移速度的精度要求比较低。在速度场未确知的情况下,成像的相位误差较小,进而振幅误差也较小;在复杂构造情况下,保振幅的叠前时间偏移加AVO分析给出的结果更可靠。因此,叠前时间偏移后的AVO分析目前应用更广一些。
(4)构造成图精度和圈闭落实程度较高由于叠后时间偏移难以落实断点位置与井资料的偏差问题,经叠前时间偏移处理后,解决了该问题,使叠前时间偏移剖面比叠后时间偏移剖面的构造解释所成图件在DJ3井处的相对误差由7 86%降低到3 25%,构造成图精度提高了约4%。XDLZ地区的构造断裂十分发育,叠前时间偏移处理解决了叠后时间偏移方法无法解决复杂的陡倾角和断裂的成像,不仅使构造关键部位的地震地质层位可以实现
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连续对比追踪,而且使断点更清晰、!干脆?,断裂解释组合更趋合理,构造圈闭的落实程度得到了较大提高。从图10可知,叠后时间偏移资料解释后所做的等T0图WFC 构造为多个正断裂控制的3个断鼻构造组成,L1号主断裂往西南方向难以延续,这些成果与其它综合研究资料的成果有较大差异;而叠前时间偏移处理资料解释后的所成图件WFC 构造则主要受较长延续的L1号断裂控制的断
背斜构造,并被多个小断裂所切割,与该区的层速度和精细重力研究成果等基本吻合,显然,叠前时间偏移等T 0图比叠后时间偏移的断裂组合与构造形态更加!顺畅?、构造线走势更趋合理,达到了较准确落实该区断裂和圈闭的目的,为下一步的圈闭评价和钻探奠定了坚实基础,也为该区进一步开展构造应力分析和构造演化研究提供了更翔实的
资料。
图10 XD LZ 地区叠后时间偏移(a)和叠前时间偏移(b)局部等T0图对比
Fig 10 Comparative local T0contour map of postack time migration (a)and preststack time migration (b)in XDLZ
area
4 结论
从Kirchhoff 积分法叠前时间偏移在三江盆地XDLZ 地区的应用效果来看,叠前偏移成像处理技术与常规的叠后处理相比具有以下三方面突出特点:#解决了原共中心点道集大倾角反射点散射问题,是解决复杂断块、陡倾角构造地震精确成像的关键技术;?提高了RM S 速度场和最终构造成图的精度;%偏移道集可直接用于AVO 分析和叠前波阻抗反演,极大地提高岩性和含油气性预测的精度。尽管叠前时间偏移优于常规的地震资料处理方法,但仍然没有解决速度横向变化比较快的情况下地下构造的成像问题,这并不是偏移方法的问题,而是因为速度估计的不准确;因为时间偏移中,假设速度是深度的函数,而在空间没有变化,如果地下实际情况与此假设相差不大,那么偏移成像后的地质体空间形态及位置与实际的相差不会太大,但
是,如果速度在横向的变化比较大,在时间偏移后的剖面上,地质体的形态和位置会与实际情况有较大的差异。因此,在速度横向变化情况下,速度本身的确定要比偏移方法显得更重要。
从影响叠前时间偏移处理技术应用的主要因素来看,计算机软、硬件是前提条件,高质量的叠前地震数据是基础,建立比较准确均方根速度模型是关键,而处理人员与地震解释人员的紧密结合是保障。总之,叠前偏移技术可以明显地提高成像精度,已经成为提高勘探成功率、降低勘探开发风险的主导技术;速度横向变化不大的地区适合做叠前时间偏移处理,在速度横向剧烈变化的地区宜做叠前深度偏移处理;用于叠前时间偏移的地震数据应有较高的信噪比,振幅均匀,且静校正问题已得到较好地解决;利用CRP 可进行AVO 反演、叠前波阻抗反演、属性提取研究。
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世 界 地 质 第26卷
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
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。
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，
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 % #% $通过特征值法"推导出射线追踪方程组+ % ,+ @'第4%卷第4期$.%$年*月石"油"物"探 B )X 15S A V !-Y1Q X A 1)!(V "BZ X Q1)(Q X Y )[\ C D 734%""D 34 A 8E 3"$.%$
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