煤田三维地震叠前深度偏移技术及其应用
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煤田三维地震叠前深度偏移技术及其应用
高远;王琦;董守华;于鹏飞
【摘 要】三维地震叠前深度偏移可实现反射点的正确空间归位和真正的共反射点叠加，减小菲涅尔带的影响范围，大大提高地震资料的分辨率。论述了三维地震叠前深度偏移的成像原理和关键技术，并应用于实际地震资料的处理中。结果显示，小断点显示较叠前时间偏移剖面更为清晰，提高了煤田三维地震探测细微构造的能力，取得了较好的地质效果。%In this paper, we discuss the imaging principle
and key technology of pre-stack depth-migration in 3D seismic exploration.
The 3D pre-stack depth-migration technology may realize the correct
spatial homing of the reflection point and the stacking of the real
common-reflection-point, which decreases the extent of the Fresnel zone
and greatly improves the resolution of seismic data. In the actual seismic
data processing and applications, the breaking points of small faults of this
technology are more clearly displayed than that of the pre-stack time-migration technology. So the technology of pre-stack depth-migration can
improve the ability of 3D seismic exploration in detecting mini-structures
and has achieved a good geological effect.
【期刊名称】《煤田地质与勘探》
【年(卷),期】2011(039)003
【总页数】3页(P71-73)
【关键词】煤田；三维地震；叠前深度偏移；应用 【作 者】高远;王琦;董守华;于鹏飞
【作者单位】安徽省煤田地质局物探测量队，安徽宿州234000;淮北矿业(集团)有限责任公司，安徽淮北235006;中国矿业大学，江苏徐州221008;中国矿业大学，江苏徐州221008
【正文语种】中 文
【中图分类】P631
近几年，随着煤矿生产机械化程度的提高，对小构造的勘探精度要求也越来越高。在常规地震勘探中，高精度就是高频率与宽频带，在资料处理时主要靠拓宽频谱来提高分辨率，但影响分辨率的另一个更重要因素是能否做到真正的共反射点叠加。为解决共反射点叠加问题，倾角时差(DMO)校正与叠前时间偏移处理技术都取得了不错的效果，这两种方法使用的前提是如何解决好具有不同叠加速度的交叉倾斜反射问题，在地层速度横向变化较大的地区应用效果欠佳，而叠前深度偏移完全可以解决由速度横向变化引起的非双曲线时差问题[1-3]。目前，叠前深度偏移技术还没有在煤炭地震资料处理中得到推广应用，主要是由于叠前深度偏移从理论到应用都比叠前时间偏移复杂得多，且对计算机的速度和容量要求很高。随着计算机技术的发展，煤田地震勘探对叠前深度偏移技术的需求逐渐凸显出来，这是因为煤田地震资料信噪比高，容易建立速度-深度模型，再就是勘探面积一般较小，占用机时少等特点。笔者对淮北某矿复杂构造带煤田地震数据进行了三维叠前深度偏移的试验处理，取得了较好的效果。
三维地震资料采集过程中，当地震射线通过不同地层时，由于各层之间层速度的变化，使射线产生了明显的偏折，时间域CMP各道上激发和接收的信号所经过的路径不同。同样，到达共反射点CRP(深度域)道集上各道的旅行时间与偏移距、速度有关。
假设地面上炮点为S，检波点为G，炮检距为H，炮检距中点为坐标系统原点。炮检连线为X轴，原点向下为Z轴，波在地下介质中的传播速度为V。如果t时刻在G点接收到一个反射信号，则此反射点必然位于下式所描述的椭圆轨迹上，如图1所示。
由此得到反射点椭圆方程式：
换句话说，椭圆轨迹上任何一点，都有可能成为反射点，而真正反射点的成像，是要通过多次复盖数据，许多个椭圆迭加来获得，这就是叠前偏移的几何运动学的描述，这种情况经倾角时差(DMO)校正或叠前时间偏移能够做到共反射点叠加。当地层速度横向变化较大时，地震波传播路径就更为复杂，只有叠前深度偏移才能做到共反射点叠加。
对于非均匀介质中的波动方程：
式中 P=p( x, y, z, t )，代表压力波场；K是不可压缩率；ρ为介质密度；K=k(x,y,z)；ρ=ρ(x, y, z),(x, y, z)为三维空间坐标；t是时间坐标。可推出(m+1)阶近似的三维深度偏移方程为：
式中 m≥1，且m=1时，；I为单位算子；
参数λk, α1k,α2k,α3k,α4k,β2k 由对上行波的特征采取不同的m+1阶逼近式决定。从以上的公式可以看出，叠前深度偏移处理求准偏移量X的关键在于求准速度[4-8]。
目前，最常用的叠前深度偏移方法是克希霍夫积分法：在速度-深度模型上，按照最小旅行时原理，计算与地下反射点对应的野外记录上各炮、各接收点的走时面，沿此面做克希霍夫积分，将积分能量置于该反射点，对地下整个网格逐点运算，就得到了三维叠前深度偏移数据体。
三维叠前深度偏移的关键技术主要包括高质量叠前时间域道集准备、速度-深度模型建立、走时计算和积分偏移等4个部分。
影响叠前深度偏移处理质量的因素不仅有速度模型的精度，更重要的是要有高质量的叠前时间域道集作保障。像常规处理一样，在中国东部地区，虽然地表起伏不剧烈，但仍然要作好静校正、地表一致性处理等方面的工作，它们直接影响到成像质量和信噪比，也影响到叠前去噪的效果。
由于深度偏移要考虑地震波在地下的传播走时和速度界面上的折射现象，必须为其提供反映地下速度变化及速度界面深度的模型。模型的正确与否对深度偏移的成像质量影响极大，是深度偏移能否成功的关键。首先建立一个初始模型，采用逐步逼近的方法，最终得到合理的速度模型。判断偏移速度是否准确的一个重要依据就是经叠前深度偏移之后的共反射点道集上的所有同相轴被拉平。目前主要就是利用地面地震反射波资料来求取地下介质的速度分布。
该方法根据速度-深度模型，依照波动理论求出各炮点及检波点对应地下各成像点的走时。从炮点到检波点的射线路径的走时都有一个极值问题，对于大多数物理问题是最小值问题。根据费马原理，只有一条射线路径对应着两点的最小走时。二维最小走时为与速度模型有关的曲线；三维最小走时则为与速度模型有关的曲面。此曲线(面)与常规地震资料处理中基于均匀介质或水平层状介质假设所得到的动校正曲线(面)不同，它更加接近于客观实际。沿此曲线(面)对地面接收到的波场做Kirchhoff积分，积分值即作为成像点的反射振幅值，逐点运算至整个三维体全部完成，就得到了地下的深度成像结果。由于走时计算是以波动理论为基础，遵守波的传播规律，如折射定律等，以速度-深度模型为依据，可以适应速度场的纵横向变化，因此，这种成像技术的精度，在地下地质情况复杂时较传统时间域成像技术有较大幅度的提高。
试验区位于安徽淮北某矿，该区煤系的构造以逆断层组出现，并伴有岩浆岩侵入和煤层冲刷，主采煤层8煤厚度不稳定(4～32m)，小构造复杂(图2)，加之煤系之上局部有侏罗系覆盖，叠前时间偏移处理后小断点显示仍然不清晰。根据上述情况和叠前深度偏移的适配性，选择叠前深度偏移处理较为合适。
利用叠前时间偏移处理的数据体解释的地层和构造经时-深转换后作为速度界面模型。利用叠前时间偏移提供的RMS速度场由迪克斯公式转换成层速度vn：
式中 vn为第n层的层速度；vσ,n、t0,n分别为第一层至第n层的均方根速度和t0时间。
由速度界面模型和层速度场一起构建初始速度-深度模型，经叠前深度偏移处理，得到叠前深度偏移处理数据体。
图3是经过叠前深度偏移和叠前时间偏移处理后小断层成像效果的比较，图3a较图3b断点干净利落，平面摆动误差小，落差反映真实大小，分辨率大为提高。
a.通过对叠前深度偏移和叠前时间偏移成像效果的对比可以看出，叠前深度偏移成像的分辨率明显高于叠前时间偏移，对解释复杂断块和微小断层(落差小于3m的断层)非常有利。
b.在地震构造勘探中，提高资料的信噪比和分辨率始终是地震工作者努力的目标，所有的地震资料处理方法都是围绕着这两个目标进行的。但这两个目标通常又是矛盾的，往往为了一个目标而牺牲另外一个目标。而叠前深度偏移从理论讲是最好的空间归位方法，它可以实现真正的共反射点叠加，既提高了信噪比又提高了分辨率。
c.地震学界一直认为是菲涅尔带影响了地震勘探的分辨率，由于叠前深度偏移可以做到正确的空间归位和真正的共反射点叠加，大大缩小菲涅尔带的影响。长期以来人们一直以菲涅尔带半径作为设计空间采样率的依据，如果打算做叠前深度偏移处理，特别是构造复杂区，不妨增加空间采样率，提高分辨细微构造的能力。
另外，由于叠前深度偏移对层速度的精度要求较高，利用叠前深度偏移速度资料配合测井数据进行岩性反演精度会更高。
【相关文献】
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