下载文档原格式
山地地震资料叠前时间偏移方法及其gpu实现山地地震资料的准确处理对于地质勘探以及地震预测的精准性有着重要的影响，而时间偏移方法的应用则能够有效地提升数据的可视化与解读能力。
本文将介绍山地地震资料叠前时间偏移方法及其GPU实现，以期为相关领域的研究者提供一定的参考。
一、什么是叠前时间偏移方法？叠前时间偏移方法（Pre-stack Time Migration，简称PSTM）是一种基于速度模型的数据处理方法，其基本思想是根据地层速度分布对采集到的地震数据进行时间轴上的偏移，使得矫正后的地震勘探数据更加清晰、直观，为后续的数据分析提供更可靠的基础。
二、叠前时间偏移方法具体步骤1.数据预处理。
包括反褶积、补零、去噪等，以保证数据的有效性。
2.速度模型的建立。
需要通过配合地质调查以及地震勘探资料等手段来准确评估区域地层速度的分布情况，以提供后续时间偏移的精准基础。
3.计算横向时移。
横向时移是指将采集到的数据按照水平方向进行移动，以抵消地震波逐层传播所造成的时间错位。
4.计算纵向时移。
纵向时移是指将采集到的数据按照垂直方向进行移动，以提供更清晰、准确的图像。
5.堆栈处理。
堆栈处理是指将多个时间切片的数据合并为一幅图像，以提高信噪比，使得结果更加准确可靠。
三、叠前时间偏移方法GPU实现1. 数据并行处理。
GPU并行计算能够有效提高计算速度，对于大规模的叠前时间偏移数据处理来说，GPU的并行计算能力十分有帮助。
2. 代码优化。
由于山地地震资料的基本特征是数据规模大、数据存储密度高，因此针对相关算法进行代码优化是GPU实现的重要部分。
常见的优化方式包括使用共享内存以及根据数据存储的特点加以处理等。
3. 硬件优化。
选用性能较为优秀的GPU显卡以及保证计算机本身的良好运行状态也能够提高GPU实现的计算速度。
总的来说，GPU加速技术该方法是目前叠前时间偏移方法的重要方向之一。
其本质在于通过并行化运算并结合硬件+代码优化的实现方式来提高数据处理速度，更加高效地实现时间偏移处理。
地震勘探中的叠前深度偏移算法地震勘探是一种重要的地球物理探测方法。
通过利用地震波的反射、折射和传播特性，可以了解地下结构和地质情况，为石油、天然气等能源资源的探测和开发提供依据。
在地震勘探中，叠前深度偏移算法是一种重要的数据处理技术，可以提高地震成像质量，提高勘探地震数据的分辨率和准确性。
一、叠前深度偏移算法的基本原理叠前深度偏移算法是一种用于地震数据处理的数学算法，其基本思想是在时间域将地震数据转换为深度域，然后采用折射面模型或者波阵面模型来对地下结构进行成像。
其基本原理可以简单描述如下：1. 叠前深度偏移算法首先对地震数据进行逆时偏移（NMO处理），将时间域的地震数据转换为零偏移距时刻对应的地震数据。
2. 然后，将逆时深度层剖面上的地震数据集合在一起，形成叠前深度域数据。
3. 叠前深度偏移算法的关键是调整不同深度层的地震数据时差，以消除波形的走时差异，实现不同深度维度的波形匹配，进而实现相关波形叠加成像。
4. 此后，根据地震波在不同速度介质中的折射、反射特性，利用Kirchhoff积分公式计算深度域内的各点反射能量，最终形成地下结构的深度成像结果。
二、叠前深度偏移算法的应用叠前深度偏移算法在地震数据处理中广泛应用，可以大大提高地下结构成像质量和解析度。
其应用领域主要包括以下几个方面：1. 沉积物地质研究。
地震勘探可以对深层地质结构进行探测和解析，对于沉积物地质研究具有重要作用。
叠前深度偏移算法可以提高地震数据的分辨率和准确性，更好地揭示岩相、层序等信息。
2. 石油勘探与开发。
地震勘探是石油勘探和开发的核心技术之一，其质量和准确性对于石油勘探和开发的成功具有决定性作用。
叠前深度偏移算法可以提高地震成像质量，更好地勘探目标层位和构造特征。
3. 工程地质勘察。
叠前深度偏移算法可以应用于工程地质勘察中，对于建设工程和地质灾害防治具有重要意义。
其可以准确获取地下结构信息，对于建设工程场地的选址和设计提供重要依据。
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。
叠前时间偏移方法和发展方向综述时间偏移方法是地震勘探领域中一种重要的数据处理技术，用于校正地震记录中的时间偏移现象。
时间偏移指的是由于地震波在地下传播时所经历的时间延迟，导致地震数据中的事件位置出现偏移的现象。
时间偏移方法通过对地震数据进行运动校正，可以将地震记录中的事件位置恢复到真实的地下深度上，从而准确地获取地下地质信息。
时间偏移方法的原理是基于地震数据的激发源和接收器之间的时移关系。
在地震勘探中，激发源（震源）通过释放地震能量产生地震波，传播到地下并被接收器（地震仪）记录。
然而，由于地下介质的复杂性，地震波在传播过程中会受到地下介质的影响，导致地震波传播速度的变化和路径的弯曲，进而导致记录的地震数据中的事件位置出现偏移。
时间偏移方法利用地震波在地下传播过程中的速度变化关系，对地震记录进行插值和激发源到接收器的时间延迟校正，从而实现地震记录的时间位置恢复。
时间偏移方法的发展经历了多个阶段。
最初的时间偏移方法是基于Kirchhoff偏移算法，在20世纪40年代至60年代得到广泛应用。
这种方法是基于半空间假设，通过对波场积分，将记录的地震数据从地表校正到地下深度上。
然而，该方法在处理复杂地质结构和多次反射等问题上存在局限性。
为了解决Kirchhoff方法的局限性，20世纪70年代提出了共炮检偏移方法（CMP）。
该方法通过对各个共炮检点的数据进行叠加，构建共炮检道集，从而有效地抑制了噪声和多次反射等问题，提高了时间偏移的精度和稳定性。
近年来，随着计算机处理能力的提高和成像算法的发展，时间偏移方法得到了进一步的改进和推广。
多次反射波的影响、速度模型的不确定性和偏移成像分辨率等问题得到了更好的解决。
各种高精度偏移算法不断涌现，如层析偏移、全波形反演等，为地震勘探提供了更准确的地下结构和地质信息。
未来时间偏移方法的发展方向主要包括以下几个方面。
首先，需要进一步提高时间偏移的计算效率和处理速度，以适应海量地震数据的处理需求。
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:ASeismic pre2stack time migration techniquesWAN G Xi2shuang1,ZHAN G Ying2(1.Pet roChina Ex ploration&Production Com pany,B ei j ing100011,China;2.Research I nstituteof 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 correction0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 点、绕射点到检波点的射线路径为直线,总旅行时等于震源到绕射点的旅行时加上绕射点到接收点的旅行时。
克希霍夫保幅叠前时间偏移以经典的绕射理论为基础,使用加权函数实现保幅偏移。
保幅加权函数应具备以下3个功能:①对偏移场进行振幅标定,使其正比于目标反射面的反射系数;②消除偏移孔径边缘产生的偏移噪声;③从偏移总场中孤立出所需要的稳相点[1,2]。
图1是经过大量实践探索形成的典型的叠前时间偏移处理流程,其关键环节有叠前去噪、振幅补偿、反褶积、静校正以及均方根速度建模。
图1 叠前时间偏移处理流程图1.1叠前去噪叠前时间偏移对噪声有放大作用,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、减去法等,而各种去噪方法都有其优点与局限,有些方法如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本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。
1.2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。
实际应用中常用振幅综合补偿来补偿散射、球面扩散、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消除由于地表激发、接收条件不一致引起的地震振幅的空间变化。
为提高分辨率,有时还需使用地层吸收补偿来补偿地层的吸收对高频能量的影响。
1.3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,需要采取一系列有针对性的技术措施,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。
应用中常根据实际地震资料的质量和地质任务的要求,采用组合反褶积的方法来达到上述目的:先利用地表一致性反褶积消除由于地表激发、接收条件的变化造成的子波非一致性的影响,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。
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(见图2)。
图2 组合反褶积处理前(a )、后(b )效果对比图(据张文坡,2005)1.4静校正静校正能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。
做好精细的静校正处理,既能提高信噪比,又能提高分辨率,同时还能提高速度建模的精度。
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降低了地震资料的分辨率。
分频剩余静校正技术不仅能提高地震资料信噪比,而且能使高频信号能量得以加强,提高分辨率[326],是提高静校正精度的核心技术。
1.5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,714 2006年8月 王喜双等:地震叠前时间偏移处理技术在层速度模型符合地质规律、CRP 道集必须拉平、偏移成果与井资料吻合这3项标准的指导下,通过多次迭代求取精确的偏移速度模型。
2应用效果分析2.1富油凹陷整体评价大民屯凹陷是渤海湾盆地五大富油气凹陷之一,勘探面积约800km 2,该凹陷位于辽河断陷北端,以“小而肥”著称,西高东低呈箕状。
该区勘探程度较高,目前已探明石油储量3.1973亿t ,探明天然气储量223.77亿m 3,仍有1.24亿t 资源量有待进一步探明,是渤海湾盆地下一步勘探的重点领域。
通过对大民屯凹陷高精度三维地震资料进行叠前时间偏移处理和连片叠前时间偏移处理,有效提高了地震剖面的质量。
处理后的叠前时间偏移剖面信噪比高,断层清晰,断点可靠,有效反射信息丰富,为整体评价奠定了良好基础(见图3)。
经初步解释,在东胜堡西侧发现太古宇潜山并经钻井证实;发现西1块、西2块等7个有利圈闭,面积32.7km 2;发现元古宇、太古宇地层油气藏,预测资源量6944万t ;重新落实部署探井6口。
图3 大民屯三维叠前时间偏移剖面(据张文坡,2005)2.2复杂断块精细勘探南堡凹陷是渤海湾盆地五大富油气凹陷之一,勘探面积约1660km 2,是中国石油天然气股份有限公司近期重点勘探领域。
冀东油田公司根据勘探需要启动了南堡凹陷大面积三维地震连片叠前时间偏移处理,先期完成的东区数据体投入解释后见到初步效果,其中柳南浅层断块油藏精细勘探是一个典型的例子。
在叠前时间偏移处理之前,由于局部地震资料品质较差,断裂发育,组合关系复杂,导致柳南浅层油藏构造形态落实程度较差,断裂带内井2震矛盾及井间矛盾较为明显。
通过对叠前时间偏移剖面的重新解释(见图4),发现了一系列小断块圈闭,据此部署了柳南图4 南堡凹陷柳南浅层油藏叠前(a )、叠后(b )时间偏移剖面解释对比(据谢占安,2005)3至柳南10共7口井,均钻遇油层,油层厚度12.8～91m ,新增地质储量442万t 。
