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叠前深度偏移技术研究及应用作者：张念崔守凯杨强强来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第04期摘要：叠前深度偏移技术是复杂地区地震资料成像的关键技术，速度-深度模型精确性及输入道集数据质量影响该技术准确性，通过分析总结做好叠前深度偏移处理工作，对优化叠前深度偏移技术有重要作用。
关键词：地震成像；叠前深度偏移；构造模型；速度模型1 叠前深度偏移技术简介我国油气田勘探开发深入，由寻找简单构造油气藏向寻找复杂断块油气藏、潜山油气藏、隐蔽性油气藏发展，由简单地表勘探向复杂地表勘探转移，勘探开发目标也由简单构造向高陡倾角构造、逆冲构造、盐丘构造、非均质岩性勘探转移。
深度偏移技术成为一种发展趋势，特别在复杂地下地质构造成像方面有不可替代作用。
克希霍夫积分法叠前深度偏移，利用边界积分方法近似求解波动方程实现地震数据成像，地球内部各点声波反射系数由记录在多维曲面的数据加权求和获得，求和曲面形状及求和加权系数用单个散射波传播时的格林函数计算。
克希霍夫积分法叠前深度偏移由两部分组成：一部分是旅行时计算；另一部分是克希霍夫积分。
叠前偏移精度主要取决旅行时的计算精度。
旅行时计算建立在费马原理基础上，即波沿射线传播的旅行时比其他任何路径传播的旅行时小。
叠前深度偏移与时间偏移不同，考虑地震波在地下传播走时和速度界面折射现象。
实际应用须提供反映地下速度变化和速度界面深度模型；处理时，先根据工区先期地质认识和已有地震地质资料，建一个粗略初始模型，再用逐步逼近方法，不断修改模型，直至获得较合理层速度-深度模型。
2 叠前深度偏移技术应用分析以色列Paradigm公司软件产品GeoDepth，用软件中克希霍夫叠前深度偏移对A地区采集的三维资料处理。
主体流程如下：GeoDepth启动与工区建立→数据加载及质量监控→时间构造模型建立→时间速度模型建立→深度速度模型建立→最终叠前深度偏移→成果输出。
A地区地震成像的主要问题：①地表高程变化较大，低速层速度横向不稳定；②地下构造复杂、高陡倾角地层、逆冲断裂带和断层屏蔽区、新老地层交错，速度模型难以建立。
第2章基于起伏地表的地震成像方法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，使波场产生了较大的畸变，不符合波场传播的规律。
因此从起伏地表观测面上直接进行叠前深度偏移是复杂构造成像的研究重点。
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方法反演出近地表速度，再进一步利用这种速度作深度偏移。
目前，国内外都在极力研究这个问题。
准确的方式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参考面的处理方法，然后在资料解释时在进行基准面转换，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上的资料。
基于起伏地表的地震成像方法，其偏移基准面的选取问题一直是影响偏移效果的重要原因。
针对这一问题许多学者做了大量的研究，并提出了一些有效的解决办法。
2.1 静校正法基准面校正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，地表以下用实际介质的速度，这样既保证了偏移基准面是水平的，又保证了实际偏移从地表开始。
几种叠前深度偏移技术效果的对比黄元溢;罗仁泽;王进海;张敏;李爱军;张玮;唐涛【摘要】在回顾叠前深度偏移发展历程的基础上,概述了当前几类叠前深度偏移方法:克希霍夫积分法、波动方程法、逆时偏移.在分析叠前深度偏移的波场成像方法、适用性、近地表条件敏感性及存在问题的基础上,对比偏移剖面,比较不同偏移方法的成像效果,指出叠前深度偏移的发展方向,为以后的叠前深度偏移的研究提供参考建议.%Based on reviewing the development of prestack depth migration, this paper has summed up several current prestack depth migration techniques, I. E. , Kirchhoff integration, wave equation, and reverse-time migration. On the basis of analyzing the prestack depth migration imaging method in such aspects as wavefield, applicability, sensitivity of the near-surface condition and existing problems , the authors made a comparative study of different migration imaging results by comparing the migration sections, indicated the development orientation of the prestack depth migration and put forward some proposals for further study of prestack depth migration.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2011(035)006【总页数】6页(P798-803)【关键词】叠前深度偏移;克希霍夫积分法;波动方程;逆时偏移;近地表条件【作者】黄元溢;罗仁泽;王进海;张敏;李爱军;张玮;唐涛【作者单位】西南石油大学研究生部,四川成都 610500;西南石油大学研究生部,四川成都 610500;川庆钻探工程公司地球物理勘探公司物探研究中心,四川成都610213;天津市勘察院天津300191;新疆培训中心勘探开发系,新疆乌鲁木齐830000;塔里木油田库车勘探开发项目经理部,新疆库尔勒841000;中国石油西南油气田公司川中油气矿,四川遂宁629000【正文语种】中文【中图分类】P631.4地震成像的目的是使反射波或绕射波返回到产生它的地下位置上去，从而使地下界面真实地归位，提高地震记录的横向分辨率，这一过程主要是由偏移来完成［1－2］。
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。
2 、深度偏移处理的关键步骤2.1、时间域构造模型建立层位解释应遵循以下几个原则:1、第一层的深度应大于能接收到该层反射的最大偏移距，即该层的“临界”偏移距。
2、选择连续性好、能量强的同相轴追踪，所选的层最好是一大套地层的速度界面，或者是同一个地质时代界面的反射。
3、层间厚度不能太薄。
4、层位解释后产生每一层的时间域构造平面图，得到时间域构造模型。
2.2 、初始速度模型建立较准确的初始深度/速度模型能够迅速收敛、逼近地下正确的地质模型，用最短的机时取得良好的成像效果，达到事半功倍的目的。
GeoDepth系统提供了多种初始层速度的建立方法：1）RMS速度转换法2）相干速度反演法正如在第一部分所描述的那样，相干速度反演法是通过射线追踪某一时窗内反射同相轴的时差曲线来估算层速度。
必须把时间偏移域的平面图反偏到叠加时间域。
可以根据实际情况选用单点、连续线等方式。
考虑到相干反演算法虽然精度高，但速度慢，因此在本区处理中采用第一种方法来建立初始层速度模型：计算时间域构造层面的均方根速度，对其进行编辑处理，得到合理的均方根速度，然后用DIX公式转换后得到层速度，在进行平滑编辑后得到合理的初始层速度。
得到初始层速度之后，利用时深转换求得深度域层位，进而可以得到深度域层速度模型。
迭前深度偏移处理是一个反复迭代的过程，这个迭代过程的目的是为了获取地下准确的速度模型V(X,Y,Z)。
利用这一速度模型，通过各种偏移方法，可以得到地下复杂构造成像。
速度模型的迭代过程可以用如下框图表示。
初始速度的求取以RMS速度转换方法为主，相干速度反演每层只做离散点分析，用于较大趋势的控制。
初始层速度求取之后,进行时间域构造建模并偏移到深度域，产生深度域构造模型，进而形成层速度模型。
2.3、速度模型优化初始模型(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。
模型优化的方法可归纳为三种：1)初始时间模型不变，通过剩余速度分析调整速度模型；2)利用层析成像技术，逐层逐次迭代，求得一个与输入的深度CRP道集完全相似的理论CRP道集，而得到调整后的地质模型；3)在现有模型的基础上偏移成像，再重新进行层速度分析，建立层速度模型，做叠前深度偏移产生CRP道集，重复迭代，直到CRP 道集拉平为止。
本区资料模型优化处理采用层速度更新、层析成像两种方法，首先进行目标线叠前深度偏移，计算剩余延迟谱，进行剩余延迟拾取，网格化产生剩余延迟图，层速度更新是指直接用剩余延迟修改层速度，在速度不是很准确的情况下，层速度更新幅度较大效果较好。
层析成像修改速度幅度不大，在速度较准确情况下，为了进一步优化层速度，层析成像效果较好。
（见图30—图38）2.4、偏移孔径的选择目前被广泛采用的叠前深度偏移算法是克希霍夫积分法，它具有计算效率高、成像角度不受限制的优点。
影响克希霍夫积分处理效果的主要参数是确定参加求和道数的偏移孔径。
孔径太小，就会导致陡倾角的消失，同时原来道与道之间的不相关噪声容易形成一些假的、短的同相轴；孔径太大，则会引入空间假频噪声，同时也增加了不必要的计算工作量。
孔径的大小主要与地层倾角及速度有密切关系，总的说来，倾角大、速度大则孔径相应地大，但在实际应用中应靠试验效果来确定。
此外，GeoDepth根据深度和速度模型可生成控制孔径的位移剖面。
叠前深度偏移的输入范围由偏移孔径和远偏移距来定义。
模型控制孔径和固定长度孔径可用于偏移。
模型控制孔径由位移剖面来计算，它表示法线射的水平位移。
本系统执行用射线追踪做正演模型，以计算CRPS和CMPS之间区别，即法射线的横向时差。
这基于一种假设：一个特殊的同相轴大多数的能量来自同相轴法线周围的区域。
孔径长度由包含在偏移计算中的中心CMP的有关道数来定义。
位移度随深度和倾角增加而增加，当执行叠前波场偏移时用模型控制孔径。
GeoDepth由位移剖面计算在每个深度位置的孔径。
用计算的最大位移，位移剖面也可以用来定义给偏移输入所需的最小常数孔径。
2.5、叠前深度偏移参数偏移参数的测试主要是偏移孔径的测试，拟选用7KM,10KM，15KM等一系列参数测试其效果，根据其效果，最终选定偏移孔径：15KM，偏移深度：12KM。
3、深度偏移处理的质量控制严格的质量控制是保证资料处理质量的有效手段，FOCUS、GEODEPTH 两套软件都有较好的交互可视化图形界面,这对处理过程的质量控制提供了强有力的工具。
该区资料处理过程中的关键性质量控制主要有下面几点。
1）、野外观测系统的定义及检查。
FOCUS处理系统对野外观测系统的定义及检查提供了方便的手段，线性动校正方式（见图1），通过检查初至是否拉平来判断观测系统的定义是否正确。
显示偏移距道头方式，通过检查偏移距与实际数据是否相匹配来判断观测系统的定义是否正确。
2）、处理的每一步中间结果的比较。
地震资料处理是一个多环节的处理过程，处理的每一步中间结果的比较都是关键的质量控制点。
如静校正质量控制点、反褶积质量控制点、叠前去噪质量控制点、速度质量控制点、剩余静校正质量控制点、叠加质量控制点、偏移速度质量控制点。
3）、GEODEPTH 数据加载的质量控制。
时间域数据在加载到GEODEPTH工区后要进行数据检查，来验证数据加载是否正确。
主要检查方面有炮点检波点位置、覆盖次数、方位角、偏移距是否正确。
4）、解释层位数据的立体显示对解释的合理性进行质量控制。
5）、交互显示CRP 道集，看同相轴是否水平来验证层速度是否准确。
通过垂向和横向深度延迟来验证层速度是否准确。
KIRCHHOFF叠前深度偏移处理流程求取均方根速度流程与叠前深度偏移相比，叠前时间偏移对速度的敏感度要小，可以较容易地求取均方根速度；但是最好的时间偏移速度未必是最好的叠前深度偏移速度，因此需通过叠前深度偏移做适于叠前深度偏移的速度的进一步细化。
这与借助叠前时间偏移的速度分析的主要区别是通过叠前深度偏移作为迭代手段，每次把叠前深度偏移的CRP道集转换到时间域进行分析。
沿层建立层速度模型流程求取层速度模型流程网格层析成像流程（采用三维网格层析成像，即在每个网格点来修正速度，细化层速度模型，调整局部短波场的速度误差。
）kIrchhoff叠前深度偏移为积分法偏移，因其近似性和方法局限性（如多走时路径、假频问题和振幅处理等），成像效果受到很大影响，而且注定它是一个过分依赖速度模型的方法，即成像的质量和准确性过分依赖于偏移所用速度模型与真实模型的逼近程度。
实际经验表明：kirchhoff叠前深度偏移有时会产生不可靠的成像，造成地质构造解释的偏差，甚至导致最终错误的井位决定。
与kirchhoff叠前深度偏移相比，波动方程偏移不用考虑走时和振幅，通过波场延拓来实现，可以处理各种复杂的波动传播，能正确自动处理屏蔽区和相移等，实现起来反而相对简单；同时成像结果不再易敏感于速度的高频误差，速度趋势比速度细节更重要，从而使准确深度成像更容易。
从成像效果上看，波动方程叠前深度偏移比kirchhoff叠前深度偏移上了一个台阶，无论分辨率、频率和连续性，还是复杂构造的精确成像（如小断块形态及断点清晰度）都有很大的改善；同时由于波动方程叠前深度偏移考虑了地震波传播的运动学特性和动力学特性，可以实现最大近似的振幅保真，这对其后的综合研究，如叠后岩性反演及预测和叠前AVA（振幅随角度变化）的研究意义重大。
共方位角波动方程叠前深度偏移基于窄方位角的地震数据，比较适于海上观测系统，偏移时间比kirchhoff叠前深度偏移还要快。
