疊前時(shí)間偏移

1、第二章 疊前時(shí)間偏移地震波成像在油氣勘探中占據(jù)重要位置。它的作用是使反射波或繞射波返回到產(chǎn)生它們的地下位置，從而得到地下地質(zhì)構(gòu)造的精確成像。 從二十世紀(jì)60年代偏移過(guò)程由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)以來(lái)，已從常規(guī)偏移即疊后時(shí)間偏移發(fā)展到了目前的疊前深度偏移。偏移方法的研究和應(yīng)用是受油氣勘探的實(shí)際需求驅(qū)動(dòng)的，同時(shí)它又受到人們對(duì)偏移成像的認(rèn)識(shí)程度和計(jì)算機(jī)處理能力的制約。常規(guī)偏移（即疊后時(shí)間偏移）在以往的油氣勘探過(guò)程中起到了重要作用，但隨著勘探難度的提高，在構(gòu)造較為復(fù)雜或/和強(qiáng)橫向變速的地區(qū)，基于常規(guī)偏移的處理方法再也難見(jiàn)成效。究其原因，一方面是由于常規(guī)處理是先疊加后偏移，水平疊加過(guò)程受水平層狀介質(zhì)假設(shè)制約，在復(fù)雜地

2、質(zhì)構(gòu)造條件下，這種疊加過(guò)程很難實(shí)現(xiàn)同相疊加，這樣會(huì)對(duì)波場(chǎng)產(chǎn)生破壞，所以用這種失真了的疊后數(shù)據(jù)去進(jìn)行偏移處理難以取得好的成像效果就很自然了。為了克服非同相疊加給后續(xù)偏移帶來(lái)的麻煩，人們提出使用疊前偏移，即先偏移處理使波場(chǎng)歸位，再把同一地下點(diǎn)的偏移波場(chǎng)相疊加。這樣，在橫向速度中等變化的較為復(fù)雜構(gòu)造成像中疊前時(shí)間偏移可以彌補(bǔ)常規(guī)偏移的不足。另一方面是由于時(shí)間偏移是建立在均勻介質(zhì)或水平層狀介質(zhì)的速度模型的基礎(chǔ)上的，當(dāng)速度存在橫向變化，或速度分界面不是水平層狀的情況下，常規(guī)偏移不能滿足Snell定律，因此不能進(jìn)行正確的反射波的偏移成像。為了解決這個(gè)問(wèn)題，出現(xiàn)了深度偏移。這樣，在強(qiáng)橫向變速的一般構(gòu)造成像中

3、，疊后深度偏移可以彌補(bǔ)常規(guī)偏移的不足；而在強(qiáng)橫向變速的復(fù)雜構(gòu)造成像中，疊前深度偏移可以彌補(bǔ)常規(guī)偏移的不足。迄今為止，人們已對(duì)疊前時(shí)間偏移進(jìn)行了20多年的研究工作，而對(duì)疊前深度偏移也進(jìn)行了十幾年的研究和探索工作。本章重點(diǎn)討論疊前時(shí)間偏移。疊前深度偏移將在第四章和第五章討論。近年來(lái)，隨著疊前時(shí)間偏移方法和技術(shù)的不斷成熟和與之配套技術(shù)的不斷完善以及計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，實(shí)現(xiàn)疊前時(shí)間偏移已成為現(xiàn)實(shí)。目前，國(guó)內(nèi)外有多家地球物理處理公司和計(jì)算中心已進(jìn)行疊前時(shí)間偏移處理，部分公司還把疊前時(shí)間偏移作為常規(guī)處理軟件加入到常規(guī)處理流程中，使之成為常規(guī)處理的一個(gè)重要內(nèi)容。疊前時(shí)間偏移技術(shù)之所以受到如此重視和關(guān)注，主

4、要是因?yàn)檫@種技術(shù)相對(duì)疊后時(shí)間偏移和疊前深度偏移技術(shù)有如下的幾個(gè)特點(diǎn)：1）實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)所需的軟硬件成本合理，多家處理公司和計(jì)算中心都能接受和承受。2）疊前時(shí)間偏移相對(duì)疊前深度偏移而言，對(duì)偏移速度場(chǎng)無(wú)過(guò)高的要求，假設(shè)條件少，經(jīng)對(duì)常規(guī)法進(jìn)行簡(jiǎn)單的改進(jìn)或/和修正使之能夠適應(yīng)中等橫向變速的介質(zhì)，由此可以滿足大多數(shù)探區(qū)的精度要求；相對(duì)疊后時(shí)間偏移來(lái)說(shuō)，更適用于復(fù)雜構(gòu)造，對(duì)目的層和儲(chǔ)層的成像有較好的保幅性，所得結(jié)果能夠更好地進(jìn)行屬性分析、AVO/AVA/AVP反演和其它參數(shù)反演。3）實(shí)現(xiàn)疊前時(shí)間偏移的配套技術(shù)比較成熟和完善，如靜校正和去噪等。上述特點(diǎn)充分說(shuō)明了我們應(yīng)用疊前時(shí)間偏移技術(shù)的可行性、必要性和重要性

5、。下面就疊前時(shí)間偏移的基本情況、方法原理、方法技術(shù)、應(yīng)用和與其它技術(shù)的比較以及應(yīng)用該技術(shù)的可行性和必要性等做詳細(xì)討論和分析。§2.1 概 述疊前時(shí)間偏移已進(jìn)行了多年研究，上世紀(jì)九十年代初期開(kāi)始初步應(yīng)用，中后期在不少探區(qū)的地震勘探中發(fā)揮了重要作用，進(jìn)入本世紀(jì)后開(kāi)始了較為廣泛的應(yīng)用，目前部分處理公司和計(jì)算中心已把該技術(shù)作為常規(guī)軟件加入到常規(guī)處理流程中，成為獲取保幅信息實(shí)現(xiàn)屬性分析、AVO/AVA/AVP反演和其它參數(shù)反演的重要步驟和依據(jù)。自從上世紀(jì)九十年代以來(lái)，疊前時(shí)間偏移在國(guó)外取得了很大發(fā)展。在理論研究方面，Bleistein、Bortfeld和Hubral等進(jìn)行了一系列有關(guān)真振幅疊前

6、時(shí)間偏移理論的研究工作，Schneider給出了Kirchhoff型真振幅偏移權(quán)函數(shù)的一般公式。Graham A. Winbow（1999）推出了控制振幅的三維疊前時(shí)間偏移的權(quán)函數(shù)的顯式公式，并且利用真振幅權(quán)函數(shù)估計(jì)進(jìn)行了振幅補(bǔ)償。另外，在權(quán)函數(shù)改進(jìn)的基礎(chǔ)上，提出了高精度的彎曲射線法繞射走時(shí)計(jì)算方法。在應(yīng)用方面，最近幾年，在常規(guī)疊前時(shí)間偏移基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)了多種保幅型疊前時(shí)間偏移軟件，尤其是Kirchhoff保幅型疊前時(shí)間偏移軟件取得了巨大成功。它的特點(diǎn)是：計(jì)算效率高，目前的向量并行機(jī)和PC-Cluster機(jī)群使其計(jì)算效率又成倍提高，相對(duì)疊后時(shí)間偏移有較好的保幅性，更適合隨后的屬性分析、AVO

7、/AVA/AVP反演和其它參數(shù)反演。另外，保幅型的有限差分法和Fourier變換法疊前時(shí)間偏移軟件也在應(yīng)用中。相信隨著地震勘探技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)并行化的不斷提高，Kirchhff型（甚至有限差分型、Fourier變換型和聯(lián)合應(yīng)用型）真振幅疊前時(shí)間偏移一定能應(yīng)用于多波多分量地震資料及各向異性介質(zhì)中。國(guó)內(nèi)在疊前時(shí)間偏移的研究上基本與國(guó)外保持同步，像吉林大學(xué)的孫建國(guó)博士在Kirchhoff型真振幅疊前時(shí)間偏移的理論研究方面取得了不少成果。他定量表征了多種不同形式的真振幅權(quán)函數(shù)，研究了最佳有限偏移孔徑的快速算法，分析了透射、衰減、薄互層、焦散和各向異性等的校正問(wèn)題。相對(duì)理論研究，國(guó)內(nèi)的應(yīng)用要落后于

8、國(guó)外，應(yīng)用成果還不是很多，盡管目前國(guó)內(nèi)的許多處理公司和計(jì)算中心也都在做疊前時(shí)間偏移處理，但還沒(méi)有真正把這種處理作為一種常規(guī)處理來(lái)看待。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高和向量并行機(jī)（包括PC-Cluster機(jī)群）的廣泛應(yīng)用，加上疊前時(shí)間偏移相對(duì)疊后時(shí)間偏移較好的構(gòu)造成像效果和保幅性以及屬性分析、AVO/AVA/AVP反演和其它參數(shù)反演對(duì)地震資料保幅性的要求，疊前時(shí)間偏移處理在未來(lái)的幾年一定會(huì)得到廣泛應(yīng)用，它解決構(gòu)造和巖性問(wèn)題的能力也會(huì)越來(lái)越強(qiáng)。§2.2 方法原理疊前時(shí)間偏移與疊后時(shí)間偏移和疊前深度偏移一樣，都是基于三大數(shù)學(xué)工具，即Kirchhoff積分、有限差分和Fourier變換。從原理和適

9、用性上分析，疊后時(shí)間偏移是基于爆炸反射面的思想，做了水平層狀介質(zhì)的假設(shè)，不能對(duì)同一深度層具有不同疊加速度的不同傾斜層正確成像；而疊前時(shí)間偏移是基于繞射疊加或Claerbout的反射波成像原則，是一種成像射線成像（DMO是法向射線成像），能夠解決疊后時(shí)間偏移存在的問(wèn)題，適于V(z)介質(zhì)和橫向速度中等變化的V(x,y,z)介質(zhì)，它對(duì)偏移速度場(chǎng)不是很敏感，具有較好的構(gòu)造成像效果和保幅性，能滿足大多數(shù)探區(qū)對(duì)地震資料的精度要求；至于疊前深度偏移，它也是基于繞射疊加或Claerbout的反射波成像原則，是一種沒(méi)有橫向偏差的曲射線成像，能適于橫向速度急劇變化的V(x,y,z)介質(zhì)，有好的構(gòu)造成像效果和保幅性

10、，但對(duì)偏移速度場(chǎng)非常敏感，成像效果直接依賴于偏移速度場(chǎng)的精度。下面詳細(xì)敘述有關(guān)疊前時(shí)間偏移的各種方法，其它方法從略。一Kirchhoff積分法疊前時(shí)間偏移利用Kirchhff積分法作疊前時(shí)間偏移，一般在共炮點(diǎn)道集上進(jìn)行，它比在其它道集上進(jìn)行疊前偏移要方便些。對(duì)二維和三維疊前偏移做法是一致的。該方法的步驟是首先將共炮點(diǎn)記錄從接收點(diǎn)上向地下外推。外推時(shí)要先確定本道集可能產(chǎn)生反射波的地下空間范圍，這個(gè)范圍可以根據(jù)傾角、記錄長(zhǎng)度和道集的水平范圍進(jìn)行估算。這個(gè)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)估算偏移孔徑的反過(guò)程。如果范圍估計(jì)太大，一般會(huì)增加計(jì)算工作量，還會(huì)造成較多的偏移噪聲背景。如果把范圍估計(jì)的太小，又會(huì)把反射界面丟失

11、。因此對(duì)向地下延拓的空間范圍做一些模擬估算是必要的。外推時(shí)使用一般Kirchhoff積分表達(dá)式： （2-1）式中R為從地下(x,y,z)點(diǎn)到地面點(diǎn)（）的距離。這樣求出的結(jié)果，等于從地面某個(gè)炮點(diǎn)激發(fā)，在地下(x,y,z)點(diǎn)上接收的反射波記錄。在這個(gè)記錄上有(x,y,z)點(diǎn)產(chǎn)生的反射波和z深度以下的界面產(chǎn)生的反射波。我們應(yīng)當(dāng)做的是把 (x,y,z) 點(diǎn)處的反射波放到該點(diǎn)上。但是，在該點(diǎn)的記錄還有很多其它深度點(diǎn)上的反射波。因此，如何從這個(gè)點(diǎn)用積分公式延拓計(jì)算出地震道u(x,y,z,t)，并從中取出用于在該點(diǎn)成像的波場(chǎng)值，這就是下一步的工作。第二步，計(jì)算從炮點(diǎn)O到地下R(x,z)點(diǎn)的地震波入射射線的走

12、時(shí)。這可以用均方根速度去除炮點(diǎn)至地下R點(diǎn)的距離近似求出?；蛘哂蒙渚€追蹤法求取，就更準(zhǔn)確。用求出的下行波的走時(shí)到u(x,y,z,t)的延拓記錄的時(shí)刻取出波場(chǎng)值做為該點(diǎn)的成像值。第三步，將所有的深度點(diǎn)上的延拓波場(chǎng)都如第二步那樣提取成像值，組成偏移剖面就完成了一個(gè)炮道集的Kirchhff積分法偏移。第四步，將所有的炮道集記錄都做過(guò)上述三步處理后進(jìn)行按地面點(diǎn)相重合的記錄相疊加的原則進(jìn)行疊加，即完成了疊前時(shí)間偏移。二有限差分法疊前時(shí)間偏移在三維情況下，反射點(diǎn)軌跡變?yōu)橐粋€(gè)旋轉(zhuǎn)橢球面。該橢球是繞炮檢距方向由二維時(shí)的橢圓旋轉(zhuǎn)而成。如果取炮檢距方向?yàn)閤方向，則橢球面的方程為： （2-2）通過(guò)波動(dòng)方程的頻散關(guān)系或

13、波動(dòng)方程的象征方程以及Fourier變換，我們可以得到對(duì)應(yīng)的三維波動(dòng)方程 （2-3）如果炮檢距方向與觀測(cè)縱測(cè)線的方向成一定的角度時(shí)需要進(jìn)行坐標(biāo)變換。新坐標(biāo)系下的方程為： （2-4）用有限差分法解（2-4）式有一定的難度，但它是可解的。因此對(duì)三維面積觀測(cè)的數(shù)據(jù)體用該方法進(jìn)行疊前時(shí)間偏移在理論上是可實(shí)現(xiàn)的，目前尚未使用。雖然各個(gè)方向的共炮檢距道集也可以用（2-3）式進(jìn)行偏移而且容易實(shí)現(xiàn)。但是由于要在不同的方向上抽取新的共炮檢距道集，并要重新采樣，同時(shí)剖面長(zhǎng)度會(huì)長(zhǎng)短不等，因此對(duì)處理效率會(huì)有影響。（2-3）式雖然容易求解，但在炮檢距方向有轉(zhuǎn)角時(shí)，首先要將數(shù)據(jù)沿方向和垂直方向進(jìn)行內(nèi)插重排，這樣內(nèi)插重排后

14、的三維數(shù)據(jù)體的水平切片將是某種菱形，造成縱橫測(cè)線長(zhǎng)短不一，給處理帶來(lái)不便。如果仍按原坐標(biāo)進(jìn)行三維疊前偏移處理則必須用（2-4）式進(jìn)行偏移。三Fourier變換法疊前時(shí)間偏移頻率-波數(shù)（f-k）域疊前偏移是實(shí)現(xiàn)疊前時(shí)間偏移的一種有效方法。Li(1991)用一組常速實(shí)現(xiàn)了疊前偏移。用橫向不變的速度偏移常炮檢距數(shù)據(jù)可以在Fourier域進(jìn)行，與Kirchhoff偏移相比，它具有成像速度快，能處理陡傾角且不會(huì)產(chǎn)生算子假頻（是一寬帶算子）的特點(diǎn)。另外，該算子考慮了由于通過(guò)層狀介質(zhì)而發(fā)生折射彎曲所造成的相位和振幅變化。另外，F(xiàn)-K偏移算子可以分解為NMO+DMO+ZOM，在常速偏移下，分解正確。若速度隨深

15、度變化，這種分解對(duì)NMO+DMO部分只是近似值。二維情況下，F(xiàn)-K域疊前時(shí)間偏移的向下延拓波場(chǎng)為： （2-5）對(duì)層狀v(z)介質(zhì)，傳播算子由下式給出： （2-6）其中， （2-7a） （2-7b） （2-7c）vj是層速度。（2-7）式是常速頻散關(guān)系的一擴(kuò)展形式。§2.3 方法技術(shù)在上述有關(guān)疊前時(shí)間偏移的三大方法中，為保證儲(chǔ)層成像的準(zhǔn)確性和儲(chǔ)層特征的保真性，達(dá)到為隨后的各種屬性分析、AVO/AVA/AVP反演和其它參數(shù)反演提供高質(zhì)量地震數(shù)據(jù)的目的，目前常用的方法技術(shù)包括：Kirchhoff積分法中的真振幅權(quán)函數(shù)估計(jì)技術(shù)和Fourier變換法中的穩(wěn)相技術(shù)。下面分別加以敘述。一Kirch

16、hoff積分法中的真振幅權(quán)函數(shù)估計(jì)技術(shù)要正確進(jìn)行屬性分析和AVO/AVA/AVP反演，必須利用真振幅地震資料。真振幅的基本思想是在實(shí)現(xiàn)構(gòu)造成像的同時(shí)給出反射系數(shù)和震源子波信息。從80年代開(kāi)始，Bortfeld和Hubral等進(jìn)行了一系列的真振幅疊前時(shí)間偏移理論的研究工作，Schneider（1993）給出了Kirchhoff型真振幅偏移權(quán)函數(shù)的一般公式，Graham A. Winbow（1999）推出了三維保幅型疊前時(shí)間偏移的權(quán)函數(shù)的顯式公式，并且利用真振幅權(quán)函數(shù)估計(jì)進(jìn)行了振幅補(bǔ)償。Schneider（1993）給出的Kirchhoff積分型權(quán)函數(shù)的一般表達(dá)式為 （2-8）其中，是炮-檢中點(diǎn)，

17、是成像點(diǎn)，與分別是震源和接收點(diǎn)射線在地面的出射角，是地表速度，與是Schneider定義的矩陣。對(duì)上式進(jìn)行分析、整理和簡(jiǎn)化，可以得到適用于不同介質(zhì)的權(quán)函數(shù)。Graham A. Winbow（1999）推出的三維保幅型疊前時(shí)間偏移的權(quán)函數(shù)的顯式公式為：對(duì)常速介質(zhì) （2-9a）對(duì)速度隨深度線性變化的介質(zhì) （2-9b）對(duì)于水平層或近似水平層反射，簡(jiǎn)單的權(quán)函數(shù)就很好了。而對(duì)于陡傾角地層的反射若不使用保幅型權(quán)函數(shù)則AVO的誤差就很大。另外，走時(shí)計(jì)算可以使用射線追蹤或求解程函方程。在復(fù)雜的V(z)和VTI介質(zhì)中，為提高走時(shí)計(jì)算的精度，采用了彎曲射線法。二Fourier變換法中的穩(wěn)相技術(shù)為完成常偏移距-常方

18、位角數(shù)據(jù)的疊前時(shí)間偏移成像，Etgen（1998）和Rietveld等人（1998）設(shè)計(jì)了一F-K偏移算子。它不需要使用NMO和DMO，對(duì)v(z)介質(zhì)有正確的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。在Etgen（1998）工作的基礎(chǔ)上，Dai等人（1999）提供了兩種替代方法，他們相對(duì)Etgen（1998）設(shè)計(jì)的算子具有一定的優(yōu)點(diǎn)。這兩種方法是：（1）在炮檢距-波數(shù)域中的穩(wěn)相法，其偏移算子為 （2-10）（2）從空間算子開(kāi)始，得到在中點(diǎn)域中的穩(wěn)相的一顯式解，其偏移算子為 （2-11）該算子由空間上的相移和時(shí)間上的相移組成。其相位中的第一項(xiàng)把能量沿炮檢線移動(dòng)一個(gè)DMO距離；第二項(xiàng)代表DMO校正；第三項(xiàng)是零炮檢距相移偏移。上

19、述兩種算子給出的總相位完全一致。盡管第二種方法是一常速解，但由于它的高計(jì)算效率，并通過(guò)使用一RMS模型或時(shí)間偏移速度模型使它能應(yīng)用于v(z)函數(shù)和v(x,z)函數(shù)。三疊前時(shí)間偏移的保真度分析1Kirchhoff型疊前時(shí)間偏移它可以直接計(jì)算偏移響應(yīng)。因?yàn)樵摲椒ㄊ欠沁f歸的，可以用如下的方程來(lái)計(jì)算地下不同成像點(diǎn)的走時(shí)，采用4階Taner Koehler展開(kāi)： （2-12）其中，。（2-12）式中的可以代表成像點(diǎn)的速度，也可以表示成像點(diǎn)與地表中點(diǎn)的速度，前者更易于實(shí)現(xiàn)，而后者精度更高。用表示射線追蹤繞射響應(yīng)與實(shí)際偏移響應(yīng)間的偏差，進(jìn)而可用相對(duì)速度誤差來(lái)表示這種偏差， （2-13）其中衡量保真度的速度場(chǎng)

20、為空間坐標(biāo)x,y,z的線性梯度函數(shù)： （2-14）模型的空間范圍為：x方向15km，y方向7.5km。圖2-1是用測(cè)定的Kirchhoff型疊前時(shí)間偏移的成像保真度圖，描述的是3000m深度處成像點(diǎn)的保真度。圖2-1 Kirchhoff型疊前時(shí)間偏移算法的成像保真度 圖2-2 擴(kuò)展的Stolt法疊前時(shí)間偏移的成像保真度2F-K域疊前時(shí)間偏移為了讓F-K偏移適應(yīng)速度的橫向變化，常采用擴(kuò)展的Stolt偏移方法，這種擴(kuò)展常通過(guò)非線性優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)，所使用的優(yōu)化函數(shù)對(duì)第i個(gè)響應(yīng)表示如下： （2-15）其中，為優(yōu)化擴(kuò)展函數(shù)，為第i個(gè)響應(yīng)的走時(shí)，對(duì)方程右邊采用4階Taner Koehler展開(kāi)可用來(lái)近似偏移響

21、應(yīng)。擴(kuò)展的Stolt偏移的成像保真度的分析方法同Kirchhoff型偏移中的分析方法，速度模型也相同，所描述的3000m深度處的成像保真度如圖2-2所示，從中可以看出該方法的保真度要好于圖2-1中所示的情況。因?yàn)閿U(kuò)展的Stolt偏移比Kirchhoff方法更加有效，因此在該速度模型下可用擴(kuò)展的Stolt偏移法代替Kirchhoff方法，但對(duì)其它的速度模型不能以此推廣。§2.4 應(yīng)用與比較基于上述方法原理和方法技術(shù)，通過(guò)國(guó)內(nèi)外的一些實(shí)例，說(shuō)明各種方法的應(yīng)用效果，并與疊后時(shí)間偏移和疊前深度偏移進(jìn)行對(duì)比分析。一應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例1圖2-3、2-4和2-5給出了一三維數(shù)據(jù)體的疊后疊前時(shí)間偏移結(jié)

22、果。圖2-3是縱測(cè)線37和55的疊后時(shí)間偏移剖面，圖2-4是基于一開(kāi)發(fā)軟件得到的相同縱測(cè)線的疊前時(shí)間偏移（PSTM）剖面，圖2-5是通過(guò)另一開(kāi)發(fā)軟件得到的相同縱測(cè)線的疊前時(shí)間偏移剖面。對(duì)比圖2-3和圖2-4，可以看出疊前偏移效果得到了改善（見(jiàn)同相軸2和3），但圖2-4中的一些淺層同相軸（如同相軸1）的成像效果不如疊后偏移好；對(duì)比圖2-4和圖2-5，可以很明顯地看到圖2-5的成像效果不如圖2-4好，特別是圖2-5的淺層同相軸沒(méi)有正確成像，例如同相軸1下面存在一個(gè)很強(qiáng)的假同相軸?？梢?jiàn)對(duì)這種軟件，淺層成像對(duì)成像控制相當(dāng)敏感。因此開(kāi)發(fā)一套精確有效且實(shí)用的疊前時(shí)間偏移軟件仍是一件極具挑戰(zhàn)性的工作。圖2-

23、3 疊后時(shí)間偏移剖面 (a) 縱測(cè)線37；(b) 縱測(cè)線55 圖2-4 基于一開(kāi)發(fā)軟件得到的疊前時(shí)間偏移剖面 (a) 縱測(cè)線37；(b) 縱測(cè)線55圖2-5 通過(guò)另一開(kāi)發(fā)軟件得到的疊前時(shí)間偏移剖面 (a) 縱測(cè)線37；(b) 縱測(cè)線55應(yīng)用實(shí)例2圖2-6給出了來(lái)自一三維數(shù)據(jù)體一縱測(cè)線時(shí)間偏移剖面的部分結(jié)果。2-6a圖是疊前時(shí)間偏移剖面；2-6b圖是疊后時(shí)間偏移剖面。比較兩圖可以看到疊前偏移的成像效果明顯好于疊后偏移。圖2-7是共成像道集（CIG），結(jié)果表明了所用速度的正確性。疊前時(shí)間偏移改善成像質(zhì)量是不難理解的，但如果在疊加中失去了一信號(hào)，不管偏移方法如何準(zhǔn)確，在疊后偏移中不可能恢復(fù)該信號(hào)。應(yīng)

24、用實(shí)例3圖2-8是利用直射線PSTM（左邊）和優(yōu)化的6階走時(shí)方程PSTM（右邊）得到的共成像道集（CIG）。數(shù)據(jù)體來(lái)源于墨西哥灣探區(qū)。結(jié)果表明曲射線的效果明顯好于直射線。圖2-9a和2-9b分別是利用直射線和曲射線疊前時(shí)間偏移得到的成像剖面。觀測(cè)中所用的最大偏移距是8km。圖2-9b顯示出的斷層要比圖2-9a清晰得多。在這種情況下，我們是把偏移RMS速度單獨(dú)來(lái)調(diào)整以適合直射線和曲射線偏移算法。圖2-10給出了利用曲射線PSTM（左邊的兩道集）和曲射線+VTI校正（右邊的兩道集）得到的共成像道集（CIG）。結(jié)果表明若沒(méi)有VTI校正，僅靠調(diào)整速度很難使反射層同相軸拉平（左邊的兩道集）。考慮了VTI

25、效應(yīng)后，CIG上的同相軸基本在同一水平線上。圖2-11a給出了沒(méi)有考慮各向異性效應(yīng)的PSTM剖面的一部分；圖2-11b給出了考慮各向異性效應(yīng)的PSTM剖面的相同部分（曲射線+VTI校正）。注意到在兩剖面的下部有明顯的差異。圖2-6 (a) 縱測(cè)線35的疊前時(shí)間偏移剖面圖2-6 (b) 縱測(cè)線35的疊后時(shí)間偏移剖面應(yīng)用實(shí)例4圖2-12a和圖2-12b分別給出了穩(wěn)相法常炮檢距-常方位角相移疊前時(shí)間偏移和常規(guī)Kirchhoff積分法疊前時(shí)間偏移的成像結(jié)果。二者均基于同一橫向變RMS速度的偏移速度場(chǎng)。比較兩圖可以看到二者的成像效果基本相同，在這種情況下，可以充分利用相移法的高計(jì)算效率來(lái)解決3D疊前時(shí)間

26、偏移問(wèn)題。應(yīng)用實(shí)例5對(duì)疊前時(shí)間偏移后的地震資料進(jìn)行多角度和多尺度的AVA反演可以求取彈性和巖石物性參數(shù)，建立多尺度參數(shù)與地質(zhì)相類型的關(guān)系，進(jìn)一步估算儲(chǔ)層參數(shù)。圖2-13給出了一構(gòu)造成像圖和一AVA反射系數(shù)剖面的聯(lián)合顯示形式。其中，d是用于AVA反演的數(shù)據(jù)向量。圖2-14是估算出的P波速度反差剖面。圖2-15是對(duì)疊前偏移數(shù)據(jù)進(jìn)行AVA反演的結(jié)果：(a) 沒(méi)有做薄層校正；(b) 做了薄層校正。其中，蘭色和綠色曲線表示反演結(jié)果；黑色曲線是聲波曲線經(jīng)濾波后的結(jié)果。圖2-16是一構(gòu)造成像圖、一AVA反射系數(shù)剖面及其多尺度表示的聯(lián)合顯示圖。其中p-面用于多尺度AVA反演。二與其它技術(shù)的比較通過(guò)上面的理論分

27、析和應(yīng)用實(shí)例，對(duì)疊前時(shí)間偏移和它與疊后時(shí)間偏移和疊前深度偏移的對(duì)比有如下認(rèn)識(shí)與結(jié)論：1）水平層狀介質(zhì)條件下，疊后時(shí)間偏移、疊前時(shí)間偏移、疊前深度偏移都可以很好的成像。2）橫向速度變化不大的條件下，疊前時(shí)間偏移與疊前深度偏移成像效果相差不大，但對(duì)于陡傾角反射層，疊前時(shí)間偏移的歸位效果優(yōu)于常規(guī)的疊后時(shí)間偏移。疊后時(shí)間偏移對(duì)同一深度層具有不同疊加速度的不同傾斜層不能正確成像。3）橫向速度變化劇烈的情況下，常規(guī)CMP道集內(nèi)的反射同相軸具有復(fù)雜的非雙曲線動(dòng)態(tài)時(shí)差，常規(guī)的疊后時(shí)間偏移和疊前時(shí)間偏移都很難正確成像，而疊前深度偏移卻可以較好的成像。 圖 圖2-7 在CDP2895（縱測(cè)線36，橫測(cè)線60）和C

28、DP4313（縱測(cè)線54，橫測(cè)線20）處的疊前時(shí)間偏移的共成像道集。圖2-8 利用直射線（左邊兩圖）和曲射線（右邊 圖2-10 利用曲射線（左邊兩圖）和曲射線+VTI兩圖）算法得到的共成像道集 校正（右邊兩圖）算法得到的共成像道集(a) 直射線算法 (b) 曲射線算法圖2-9 疊前時(shí)間偏移剖面(a) (b)圖2-11 疊前時(shí)間偏移剖面的一部分(a) 沒(méi)有考慮各向異性效應(yīng)（僅用曲射線算法） (b) 考慮了各向異性效應(yīng)（曲射線+VTI校正）(a) (b)圖2-12 疊前時(shí)間偏移結(jié)果(a) 基于穩(wěn)相原理的常炮檢距-常方位角相移法 (b) 一般Kirchhoff積分法圖2-13 一構(gòu)造成像圖和一AVA

29、反射系數(shù)剖面的聯(lián)合顯示形式。其中，d是用于AVA反演的數(shù)據(jù)向量圖2-14 估算出的P波速度反差剖面圖2-15 對(duì)疊前偏移數(shù)據(jù)進(jìn)行AVA反演的結(jié)果：(a) 沒(méi)有做薄層校正；(b) 做了薄層校正。其中，蘭色和綠色曲線表示反演結(jié)果；黑色曲線是聲波速度曲線經(jīng)濾波后的結(jié)果圖2-16 一構(gòu)造成像圖、一AVA反射系數(shù)剖面及其多尺度表示的聯(lián)合顯示圖。其中，p-面用于多尺度AVA反演4）疊前深度偏移無(wú)疑是解決成像問(wèn)題最好的方法，但由于依賴速度的準(zhǔn)確性和計(jì)算量大的問(wèn)題，使之很難大面積應(yīng)用于生產(chǎn)，而疊前時(shí)間偏移運(yùn)算速度快，求取速度較準(zhǔn)確，它們之間聯(lián)合應(yīng)用，減少了深度偏移迭代的次數(shù)，提高了效率。運(yùn)用偏移的方法求取速度

30、，不需要精確的解釋，不需要層層剝皮，能很快準(zhǔn)確地對(duì)新區(qū)建立速度模型，偏移的聯(lián)合應(yīng)用，勢(shì)必為深度偏移的應(yīng)用開(kāi)辟一條新路。因此，從某種意義上講，疊前時(shí)間偏移是準(zhǔn)確求取偏移速度場(chǎng)做好疊前深度偏移的一種主要方法。近年來(lái)，向量并行巨型機(jī)和微機(jī)集群（尤其是微機(jī)集群）在地震疊前成像中的廣泛應(yīng)用也為提高二者聯(lián)合應(yīng)用的計(jì)算效率提供了硬件條件。5）疊前時(shí)間偏移與疊前深度偏移相比，有明顯高的計(jì)算效率；改進(jìn)/修正后的保幅型疊前時(shí)間偏移能滿足大多數(shù)探區(qū)對(duì)偏移成像精度的要求。6）疊前時(shí)間偏移和疊前深度偏移在保幅性上明顯好于疊后時(shí)間偏移。兩種疊前偏移資料更適合進(jìn)行屬性分析、AVO/AVA/AVP反演和其它參數(shù)反演。

31、7;2.5 可行性與必要性疊前時(shí)間偏移是在疊前進(jìn)行，所用的各種道集（如共炮集、共炮檢距道集等）均可獨(dú)立偏移，這為并行處理提供了條件；另外，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展很快，而軟硬件成本和價(jià)格卻在不斷降低，再加上疊前時(shí)間偏移技術(shù)的不斷改進(jìn)、完善和成功的應(yīng)用以及對(duì)儲(chǔ)層成像的準(zhǔn)確性和儲(chǔ)層特征的保真性。這些都說(shuō)明了在地震成像中應(yīng)用疊前時(shí)間偏移技術(shù)的可行性和必要性。一可行性分析1疊前疊后聯(lián)合偏移能降低成本提高疊前時(shí)間偏移的成像精度近年來(lái)，隨著勘探目標(biāo)的日益復(fù)雜化，地震資料處理的難度越來(lái)越大，對(duì)地震成像的精度要求也越來(lái)越高。常規(guī)的疊后時(shí)間偏移方法由于受到其理論本身的制約，不能夠解決這類復(fù)雜構(gòu)造的成像問(wèn)題，而疊前偏移技術(shù)

32、由于其成像精度高，越來(lái)越受到人們的重視。因?yàn)樵诏B加剖面上比較容易知道處理區(qū)的基本地質(zhì)情況，建模相對(duì)精確，因此一般可以利用疊后深度偏移建立起初始模型，由此作為疊前偏移的輸入模型。另外，疊前偏移能夠進(jìn)行并行處理并具有以下四個(gè)適應(yīng)性條件。1）理論波場(chǎng)的適應(yīng)性條件從理論上講，疊前深度偏移的波場(chǎng)理論更適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)體的情況，但是疊前深度偏移的成像效果必須依賴于準(zhǔn)確的速度-深度模型，而模型的迭代和修改是一個(gè)十分復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的過(guò)程。因此，疊前深度偏移的周期長(zhǎng)，花費(fèi)也是相當(dāng)昂貴的，至今尚未大面積用于生產(chǎn)實(shí)踐。所以，對(duì)于橫向速度變化并不是十分劇烈的地質(zhì)構(gòu)造，疊前時(shí)間偏移是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。疊前時(shí)間偏移方法并不需要

33、解釋層位和建立速度-深度模型。通過(guò)常規(guī)的速度分析及偏移后的速度修正，經(jīng)過(guò)幾次迭代就可以得到較準(zhǔn)確的偏移速度場(chǎng)。所以比較起來(lái)，疊前時(shí)間偏移的周期短，效果好，成本也是比較低的。疊前時(shí)間偏移得到的疊前道集，可以消除傾角因素的影響和由于速度橫向變化所引起的疊加成像問(wèn)題，從而為儲(chǔ)層研究、疊前AVO/AVA/AVP分析、裂縫分析及反演提供準(zhǔn)確的依據(jù)，尤其是在AVO處理中的應(yīng)用，成功解決了AVO資料的歸位問(wèn)題，特別是道集及屬性剖面的歸位，使在AVO道集及屬性剖面上直接確定AVO異常的分布范圍和位置成為可能，同時(shí)使繞射能量歸位變好，減弱了隨機(jī)噪音的干擾，使AVO響應(yīng)更清晰，提高了AVO資料的分析質(zhì)量；另外該疊

34、前道集又能為深度偏移提供準(zhǔn)確的層位及速度模型，減少深度偏移的迭代次數(shù)和處理時(shí)間，極大地提高迭代效率和成像精度。從而降低疊前深度偏移的費(fèi)用，提高其生產(chǎn)可行性。2）硬件環(huán)境的適應(yīng)性條件雖然疊前時(shí)間偏移的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及其應(yīng)用前景得到廣泛的認(rèn)可，但它的計(jì)算工作量也是常規(guī)偏移無(wú)法相比的。隨著機(jī)器性能的不斷提高，特別是PC集群的應(yīng)用，大大提高了計(jì)算效率，節(jié)約了成本，為疊前偏移技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用打下了良好的硬件基礎(chǔ)。3）采集因素的適應(yīng)性條件疊前偏移要求原始采集資料的信噪比較高，覆蓋均勻，覆蓋次數(shù)高。kirchhoff偏移要求地質(zhì)構(gòu)造不是十分復(fù)雜；而波動(dòng)方程偏移，對(duì)原始資料的要求更高。因此疊前偏移的采集成本也較常

35、規(guī)的采集成本有所提高。4）偏移參數(shù)的適應(yīng)性研究偏移孔徑是影響偏移效果的一個(gè)決定性因素。當(dāng)選取較小的偏移孔徑時(shí)，雖然可保證簡(jiǎn)單構(gòu)造(低、緩構(gòu)造)的反射波同相軸的成像質(zhì)量，但大傾角、陡構(gòu)造的反射波同相軸則會(huì)出現(xiàn)“平化”現(xiàn)象而難以準(zhǔn)確成像。當(dāng)選取較大的偏移孔徑時(shí)，大傾角、陡構(gòu)造的反射波同相軸成像有明顯改善，但反射波同相軸會(huì)出現(xiàn)連續(xù)性變差，信噪比變低的現(xiàn)象。因此根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造情況選取合適的偏移孔徑會(huì)有利于偏移成像質(zhì)量的改善。2幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)與建議1）疊前疊后聯(lián)合偏移的可行性和重要性疊前深度偏移無(wú)疑是解決成像問(wèn)題最好的方法，但由于依賴速度的準(zhǔn)確性和計(jì)算量大的問(wèn)題，使之很難大面積應(yīng)用于生產(chǎn)，而疊前時(shí)間偏移運(yùn)算速度

36、快，求取速度較準(zhǔn)確，它們之間聯(lián)合應(yīng)用，減少了深度偏移迭代的次數(shù)，提高了效率。運(yùn)用偏移的方法求取速度，不需要精確的解釋，不需要層層剝皮，能很快準(zhǔn)確地對(duì)新區(qū)建立速度模型，偏移的聯(lián)合應(yīng)用，勢(shì)必為深度偏移的應(yīng)用開(kāi)辟一條新路。2）應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)疊前時(shí)間偏移軟件的開(kāi)發(fā)研制只有在現(xiàn)有偏移軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)疊前時(shí)間偏移軟件的開(kāi)發(fā)研制，才能使疊前時(shí)間偏移更好地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，得到更理想的成像效果，并使之成為常規(guī)處理軟件。二必要性分析與疊后偏移相比，疊前時(shí)間偏移有更高的精度和信噪比。疊前時(shí)間偏移能使傾斜同相軸及非零偏移距道的能量正確聚焦歸位，同時(shí)它也能更均勻地分配非聚焦能量，從而更好地壓制背景噪音。因此，疊前時(shí)

37、間偏移能提供高信噪比的成像數(shù)據(jù)，即使對(duì)于“水平層”數(shù)據(jù)也是如此。這樣，疊前時(shí)間偏移成像數(shù)據(jù)非常有利于做AVO分析，由此減小鉆探的風(fēng)險(xiǎn)性，更好地服務(wù)于油氣藏勘探和開(kāi)發(fā)。我們相信隨著計(jì)算機(jī)性能的提高和疊前時(shí)間偏移技術(shù)及其軟件的進(jìn)一步發(fā)展和開(kāi)發(fā)，不遠(yuǎn)的將來(lái)疊前時(shí)間偏移將會(huì)成為常規(guī)的處理模塊用于地震數(shù)據(jù)的處理中。1優(yōu)點(diǎn)1）提高傾斜同相軸的精度疊后偏移本身精度可以很高，但問(wèn)題是如何獲取精確的零偏移距時(shí)間剖面，通常我們用疊加時(shí)間剖面近似零偏移距剖面，因?yàn)橥ǔ＜僭O(shè)速度橫向相對(duì)變化較小且同相軸總是水平的，即水平層狀介質(zhì)。但實(shí)際上這種假設(shè)往往不成立，因此對(duì)于同一深度層具有不同疊加速度的不同傾斜層而言，疊后偏移必

38、然存在一定的誤差，有時(shí)會(huì)帶來(lái)錯(cuò)誤的結(jié)論。而疊前時(shí)間偏移基本上克服了這一點(diǎn)。下面的例子可以體現(xiàn)他們的差異。圖2-17中，S為炮點(diǎn)，R為檢波點(diǎn)，G為一反射點(diǎn)，h為反射點(diǎn)與中點(diǎn)M的偏移距，疊前偏移與疊后偏移的差異為 （2-16）其中，v為速度，x為炮檢距，d為G的深度，雙程旅行時(shí)間為 （2-17）對(duì)應(yīng)的傾角可由方程（2-18）給出 （2-18）不難證明，如果h=0，即=0或x=0，可得=0。隨比值x/d和h/d的增大而增大。對(duì)三維數(shù)據(jù)體，通常缺少近炮檢距道，因此其誤差比二維的大。如果d=1000m，x=1000m，h=500m，v=2500m/s，則=-17.3ms，從中可以看出疊前與疊后偏移的差異

39、。圖2-17 疊前偏移與疊后偏移的成像差異示意圖 圖2-18 疊前偏移與疊后偏移壓制噪音的示意圖2）較高的信噪比假定輸入數(shù)據(jù)包括兩部分，信號(hào)（SI）和隨機(jī)噪音（RNI）；并假設(shè)速度是準(zhǔn)確的，則輸出成像值包括三部分，信號(hào)（SO）、隨機(jī)噪音（RNO）和偏移噪音背景（MNB）。通常偏移后的信噪比SO/(RNO+MNB)比偏移前的SI/RNI高，因?yàn)槠圃诤艽蟪潭壬舷魅趿穗S機(jī)噪音。而大多數(shù)情況下疊前偏移又比疊后偏移的信噪比高，原因如下：a. 疊后偏移的誤差對(duì)信號(hào)有減弱作用；b. MNB來(lái)源于偏移中的抵消不完全性。而疊前偏移中的相消程度要比疊后偏移好些，這一點(diǎn)可在圖2-18中看出。圖中選取了同一CDP道

40、集的兩道數(shù)據(jù)，假設(shè)僅有一個(gè)水平層且速度為常數(shù)，則反射點(diǎn)正好位于中心點(diǎn)的正下方，疊后偏移對(duì)兩道成像時(shí)，恰好為兩個(gè)重合的圓，疊前偏移得到兩個(gè)焦距不同的橢圓，只有反射點(diǎn)附近的振幅才對(duì)信號(hào)有貢獻(xiàn)，其他的振幅會(huì)與別的道的振幅相抵消，但這種抵消往往會(huì)留下偏移噪音背景。很明顯疊前偏移結(jié)果中這種背景值分布的更加均勻，因此疊前偏移中的相消程度比疊后偏移好。同時(shí)可以說(shuō)明疊前偏移壓制隨機(jī)干擾的效果比疊后偏移明顯。3）特別有利于轉(zhuǎn)換波偏移成像在轉(zhuǎn)換波處理中，CDP點(diǎn)是深度（或時(shí)間）的函數(shù)。轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)的疊加總會(huì)引入額外誤差，但應(yīng)用兩種速度模型（縱波和橫波速度）的疊前偏移可以簡(jiǎn)單且精確地處理轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)，并且與縱波數(shù)據(jù)偏移

41、相比較沒(méi)有額外誤差。4）降低鉆探風(fēng)險(xiǎn)疊前偏移或疊后偏移過(guò)程可用以下一般求和形式表示 （2-19）其中A為輸入道的振幅，W是一非常復(fù)雜的權(quán)函數(shù)，顯然W是速度模型、炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)位置和成像點(diǎn)位置的函數(shù)，運(yùn)用不同的方法并選擇不同的參數(shù)將改變權(quán)函數(shù)進(jìn)而改變成像值。通常通過(guò)測(cè)試不同的方法和不同的參數(shù)來(lái)獲取最好的成像值和檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性。然而最好的成像值往往通過(guò)疊前時(shí)間偏移來(lái)獲取，因?yàn)榀B前時(shí)間偏移在原理上更加準(zhǔn)確。檢驗(yàn)可靠性的最好辦法是對(duì)比疊前和疊后偏移成像結(jié)果，因?yàn)檫@兩種成像算法的步驟和權(quán)函數(shù)完全不同。對(duì)水平層數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，疊前偏移不會(huì)改變解釋結(jié)果。疊前疊后兩種方法的解釋一致性將會(huì)增加結(jié)果的可信度和減小鉆探的

42、風(fēng)險(xiǎn)性。如果疊前偏移成像明顯改變了水平層數(shù)據(jù)的解釋結(jié)果，那就應(yīng)該做更多的調(diào)研來(lái)找出改變的原因。2淺層成像可能存在的問(wèn)題從原理上講疊前成像應(yīng)該比疊后成像效果好，但有些地區(qū)并非如此，特別是淺層。淺層疊前成像比疊后成像受噪音影響要大。因?yàn)槠剖腔谛盘?hào)相干增強(qiáng)噪音相消減弱理論，因此選取適當(dāng)?shù)谋壤龢?biāo)定對(duì)偏移至關(guān)重要。一般CDP點(diǎn)的覆蓋次數(shù)分布不均，淺層更是如此，這使得這種比例標(biāo)定的選取在疊前偏移中相當(dāng)困難，而疊后偏移無(wú)相應(yīng)的困難。此外，可以發(fā)現(xiàn)無(wú)論是疊前偏移還是疊后Kirchhoff偏移都不能對(duì)三維數(shù)據(jù)體的淺層同相軸正確成像，這使得勘探地球物理人員害怕使用三維疊前時(shí)間偏移。這一結(jié)果來(lái)自于已開(kāi)發(fā)的一疊前偏移軟件，但相信隨著軟件的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)這些問(wèn)題是完全可以解決的。參考文獻(xiàn)1. 馬在田著. 地震偏移成像. 石油工業(yè)出版社, 19892. 馬在田等編著. 計(jì)算地球