論偏移成像技術(shù)方法

1、論偏移成像論文摘要地震偏移成像技術(shù)是現(xiàn)代地震勘探數(shù)據(jù)處理的三大基本技術(shù)之一，主要包括射線偏 移和波動方程偏移兩大類，主要目的是實現(xiàn)反射界面的空間歸為和恢復(fù)反射界面空間的 波場特征、振幅變化和反射系數(shù)，提高地震空間分辨率和地震保真度。偏移技術(shù)具有地 震勘探本身的特點，但是地震偏移方法本身由于使用計算機而引起了許多革命性的變 化。這就使得它從研究簡單的探測目標(biāo)的幾何圖形進而發(fā)展成研究反射界面空間的波場 特征、振幅變化和反射率等，在本論文中主要介紹地震偏移成像技術(shù)的基本原理，地震 剖面的偏移和疊加偏移，疊前部分偏移。時間偏移和深度偏移等方面來介紹。正文一、偏移成像的基本原理在水平疊加時間剖面上顯示出

2、來的反射點位置是沿地層下傾方向偏離了反射點的 真實位置的，這種現(xiàn)象就稱為偏移。反射地震方法是根據(jù)在地面上以一定方式進行彈性波激發(fā)，并在地面的一定范圍（孔徑）內(nèi)記錄來自地下彈性分界面的反射波來研究地下地質(zhì)巖層結(jié)構(gòu)及其物性特征的 一種方法。因此，也可以把它看作一種反散射問題。就反射地震觀測方式的特點，它的 成像問題要分作兩步，第一步是按照一定的方式記錄到達地面的反射波，第二步用計算 機按一定的計算方法對觀測數(shù)據(jù)進行處理，使之成為反映地下地質(zhì)分層面位置及反射系 數(shù)值的反射界面的像。而地震偏移技術(shù)就是在第二步過程使反射界面最佳地成像的一種 技術(shù)。地震偏移可在疊前做也可在疊后做。疊前偏移是把共炮點道集記

3、錄或共偏移距道 集記錄中的反射波歸位到產(chǎn)生它們的反射界面上并使繞射波收斂到產(chǎn)生它的繞射點上。 在把反射波回投到反射界面上和繞射波收斂到繞射點上時要去掉傳播過程的效應(yīng)，如擴 散與衰減等。最后得到能夠反映界面反射系數(shù)特點的并正確歸位了的地震波形剖面，即 偏移剖面。疊后偏移是在水平疊加剖面的基礎(chǔ)上進行的，針對水平疊加剖面上存在的傾 斜反射層不能正確地歸位和繞射波不能完全收斂的問題，采用了爆炸反射面的概念來實 現(xiàn)傾斜反射層的正確歸位和繞射波的完全收斂。地震偏移的部分類型見表1-1。表1-1偏移方法分類類型論述疊加解釋人員總是想要的剖面。時間偏移適用于疊加剖面上有繞射波或構(gòu)造傾角以及速度有垂向變 化的情

4、況；速度的橫向變化不大時也能用。深度偏移用于疊加剖面上有構(gòu)造傾角和強橫向變速的情況。疊前部分偏移（PSPM）疊后偏移適用于疊加剖面與零炮檢距剖面等價的情況，但 不適合具有不同疊加速度的地層傾角不一致或強橫向變速 的地區(qū)，疊前部分偏移（傾角時差（DMO）校正）能夠為疊后偏 移提供更好的疊加剖面，但疊刖部分偏移只解決具有不同 疊加速度的地層傾角不一致的問題。疊前深度偏移用于嚴重橫向變速的情況，這時已無法作合適的疊加處理。三維疊后深度偏移用來解決與三維地下復(fù)雜構(gòu)造有關(guān)的強橫向變速問題。三維疊前深度偏移只要計算機機時允許，并且又能精確知道三維速度模型， 這是人人樂于接受的處理方法。為什么要做偏移呢？當(dāng)

5、地下地層是水平的或接近水平時，水平疊加剖面上反映的地 層位置和形態(tài)符合或基本符合地層在地下的實際情況。但當(dāng)?shù)貙邮莾A斜的或產(chǎn)狀起伏變 化很大時，水平疊加剖面上反映的地層位置和形態(tài)與實際情況會有偏離，甚至還會有很 大的偏離。為了糾正這種偏離，就需要進行偏移處理。目前，偏移處理是恢復(fù)地下復(fù)雜 構(gòu)造、陡傾地層等的真實形態(tài)和準(zhǔn)確位置的惟一有效的成像途徑。為了適應(yīng)地下各種復(fù) 雜的地質(zhì)條件，中國廣大地球物理勘探工作者將數(shù)學(xué)、物理等領(lǐng)域中的成果應(yīng)用到地震 資料數(shù)字處理中，開發(fā)了數(shù)十種偏移處理方法，所有這些偏移方法的只有一個，就是要 得到能真實反映地下情況的地震成果，提高勘探油氣的精度和準(zhǔn)確性。其中，疊前深度

6、偏移方法是20世紀(jì)后10年發(fā)展起來的，它對于解決地下復(fù)雜構(gòu)造的處理是一種極為有 效的手段。目前，中國的偏移處理程序軟件包幾乎包括了世界上所有的偏移方法，這些 方法可以在各種計算機機型上運行，是一個先進、有效、實用的軟件包。中國的偏移處 理技術(shù)水平居于偏移成像領(lǐng)域的前列，在國際上有很大影響。MM愉 KKMUMh - - - k-L ：IriiMMNKf- -.*wii*frrm；ECLHAII um g W 山.：H 時這是同一條測線的水平疊加剖面和偏移剖面(b)從水平疊加剖面上看，中深層是一些互相交叉的反射，使得這里的地層形戀、地層 關(guān)系都不清湛.從經(jīng)過偏移處理的偏移剖面上看，地形態(tài)和地層關(guān)系

7、都清塘十二、地震剖面的偏移(一)水平疊加剖面水平疊加剖面是進行地質(zhì)解釋使用最大量最廣泛的基礎(chǔ)資料，他可以大致反映地下 構(gòu)造形態(tài)，但是它也存在許多問題。1在界面傾斜的情況下，我們按照共中心點關(guān)系進行抽道集，動校正，水平疊加。 但實際上是共中心點疊加而不是真正的共反射點疊加，反射點位置偏離了共中心點下方 的鉛垂線。這樣就降低橫向分辨能力。同時水平疊加剖面上也存在繞射波沒有收斂，+ 涉帶沒有分解，回轉(zhuǎn)波沒有歸位。2在地層水平的情況下，疊加剖面總是把界面上反射點的位置顯示在地面共中心點 下方的鉛垂線上。水平疊加剖面的形成地震野外資料經(jīng)過數(shù)字處理之后可以等到許多地 震信息，這些地震信息的大多數(shù)都以時間剖

8、面的形式顯示出來。目前使用最廣泛的時間 剖面有兩種：一種是水平疊加時間剖面，簡稱水平疊加剖面；二是疊加偏移時間剖面， 簡稱疊偏剖面，這兩種剖面既是地震構(gòu)造解釋的主要剖面，又是地震地層解釋中不可缺 少的資料，兩種時間剖面中又與水平疊加剖面應(yīng)用最廣泛，也是最基礎(chǔ)的剖面，疊后偏 移剖面是將水平疊加剖面進行偏移歸位后得到的剖面。目前大多采用先對多次覆蓋資料進行水平疊加，得到相當(dāng)于自激自收的水平疊加剖 面，然后用水平疊加剖面再進行一步作偏移，這種辦法可以使工作量大大減小。現(xiàn)在大量偏移的方法主要是針對第一種情況而進行的，它利用已經(jīng)得到的水平疊加 剖面資料作為原始資料進行各種偏移處理。因為所有資料已經(jīng)進行了

9、共中心點疊加。這 類方法統(tǒng)稱疊加偏移或稱先疊后偏，疊后偏移。另一種辦法則是從原始的野外資料開始， 進行真正的偏移疊加這種方法稱為偏移疊加，也有所謂疊前偏移，先偏后疊。三、疊加偏移目前,常規(guī)的地震資料處理一般采用疊后時間偏移，它只能解決反射層歸位和繞射 波收斂，而不能解決傾斜界面的非共反射點疊加問題。而改進的方法是疊前部分偏移，它 消除了地層傾角因素的影響，改善了 CMP疊加效果。但DMO只是部分疊加，用DMO后的CMP 道集做速度分析仍然受到速度分析點正下方周圍傾斜反射層的影響，使速度分析結(jié)果受 影響。因此，必須采用疊前偏移成像技術(shù)。要想獲得較好的疊前時間偏移效果，相應(yīng)的疊 前時間偏移處理配套

10、技術(shù)的研究必不可少。疊加偏移又稱為疊后偏移，是對疊加后的地 震記錄做偏移。在地震資料處理中，在水平疊加的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)反射層的空間自動歸位， 用這種方法處理得到的地震剖面，就是疊加偏移剖面。目前大多采用先對多次覆蓋資料 進行水平疊加，得到相當(dāng)于自激自收的水平疊加剖面，然后用水平疊加剖面再進行一步 作偏移，這種辦法可以使工作量大大減小。這類辦法又稱為疊后偏移?；蚴钳B加偏移。四、疊前偏移現(xiàn)在找石油的一個常用方法是“人工地震法”，就是用炸藥震源引爆（俗稱放炮） 產(chǎn)生地震波，讓地震波傳到地下幾千米的地層上，然后利用波的反射等特性，用地面接 收儀器接收從地層反射回來的地震反射波。我們只要在地面上沿著某個確

11、定方向，按一 定的規(guī)則安排放炮點，并向前推進：放炮，接收，放炮，接收反復(fù)如此，最終將這 些接收到的地震反射波按一定的規(guī)則排列起來，就可以得到一張地下地層“圖像”。將 這些地震反射波記錄存儲在磁介質(zhì)上，就成了所謂的“地震數(shù)據(jù)”如果簡單地將“地震 數(shù)據(jù)”按規(guī)則排列起來，所顯示出的地層構(gòu)造“圖像”與地下的真實地層并不一樣。這 是由波的傳播與接收規(guī)律所決定的。當(dāng)?shù)卣鸩▊鞯降叵碌牡貙臃瓷浠貋?，不同的地面?收點收到的信號就有不同的時間延遲。這就需要用數(shù)學(xué)物理的方法將其校正為真實狀 態(tài)。這個校正的過程就是所謂的“偏移”。通過“偏移”處理將地下的原來面貌恢復(fù)。 在這個經(jīng)過“偏移”后的新的“圖像”上，專家才能

12、接著做下一步的構(gòu)造分析解釋工作。 從而判斷出適于儲油的有利構(gòu)造，再通過鉆機的實際鉆探取樣，最終找到石油。其中， 所謂“疊前”是說“疊加之前”；所謂“疊加”，是指地震資料在處理過程中的一種“壓 縮”手段。理想情況下，應(yīng)該對地震數(shù)據(jù)先做“偏移”，然后再“疊加”，也即所謂的 “疊前偏移”。但由于地震數(shù)據(jù)量非常巨大，而當(dāng)初的計算機性能低下（地震成像技術(shù) 也處于起步階段），使人們不敢奢望在“疊前”就進行偏移成像處理。常規(guī)方法只能是： 先“疊加”（使數(shù)據(jù)量下降，降低對計算機速度、存儲量的要求，同時使有效信號加強）， 再“偏移最理想的實現(xiàn)偏移的方法是用多次覆蓋獲得的原始資料，不作水平疊加，直接進行偏移 疊加

13、，這樣既可以實現(xiàn)真正共反射點疊加，也實現(xiàn)了偏移。這類方法稱為偏移疊加或疊 前偏移。對上述的疊后偏移而言，所具于的理論是爆炸反射面的思想，即假定了水平疊 加剖面等價于自激自收的零炮間距剖面，進而等價于在反射界面上同時爆炸產(chǎn)生地震 波，并以半速度向外傳播，在地面上觀測到的上行波剖面。這種假定對水平層狀地層是 正確的，因為此時水平疊加得到的中心點剖面就是零炮檢距剖面。但對傾斜地層來說， 水平疊加得到的中心點剖面卻不是零炮檢距剖面，兩者存在誤差，并且這種誤差隨著地 層傾角的增大而增大。當(dāng)這種誤差超出允許誤差范圍時，疊后偏移不再適用，為此必須 做疊前偏移。同其他偏移方法一樣，疊前偏移也需預(yù)知速度，它對速

14、度誤差的影響是敏 感的，地層傾角越陡，這些影響就越嚴重。1疊前部分偏移疊前部分偏移可以獲取保留全部傾角的未偏移剖面。疊前部分偏移的流程：野外數(shù)據(jù)!水平NMO!疊前部分偏移!更好的疊加剖面!零炮檢距偏移目前試驗較多的疊前部分偏移方法是先進行傾角時差校正，再作共中心點疊加，最 后作疊加偏移，為了說明這種方法的思路和有點，我總結(jié)了一下使用疊后偏移做法存在 的問題。1當(dāng)界面傾斜時，不是真正共反射點疊加，降低了分辨能力。2也不能提供真正的共反射點道集作為原始資料，供研究振幅隨炮檢距變化等問題 使用。3共中心點疊加有傾角濾波作用。4在上述情況下，在速度譜上同一個時間的兩個能量團會連一起，不好解釋，降低 了

15、分辨能力。為了解決疊后偏移存在的問題，特別是要能實現(xiàn)真正共反射點疊加和使疊加速度與 界面傾角無關(guān)。所以通過進行傾角時差校正來實現(xiàn)疊前部分偏移的辦法。實現(xiàn)疊前部分偏移的具體辦法很多，可以指出，進行疊前部分偏移所用的原始資料 大多是等炮檢距道集，或者是共炮點道集與共接受點道集，而不是用共中心點道集。五、時間偏移和深度偏移時間偏移和深度偏移并不是以偏移后得到的結(jié)果是時間剖面還是深度剖面來區(qū)分 的。深度偏移是針對前面談到的各種偏移方法的根本缺陷而提出來的由地下一個繞射點 產(chǎn)生的繞射曲線的極小點必然位于繞射點的正下方。因為由地下繞射點發(fā)出的繞射波射 線中，有一條最短時間路徑，它和地面是垂直的。目前使用的

16、時間偏移方法最重要的是基本假設(shè)是介質(zhì)均勻或水平層狀。在常規(guī)的時 間偏移中，就是把繞射波時距曲線上的能量匯聚到的極小點上。對水平層狀介質(zhì)，成像 射線與法向射線是重合的，所以成像位置是正確的。但在傾斜界面情況下，這兩條射線 就不再吻合了，繞射曲線的極小點并不在繞射點的正上方，產(chǎn)生了偏移偏差。射線的深 度偏移方法，用來說明深度偏移概念是比較容易理解的，但是這種方法存在一些缺點。1方法本身要求先進行常規(guī)偏移。即把繞射能量聚焦到繞射曲線的頂點。2還要對層位進行人工解釋和拾取。再進行成像射線追蹤。3時間偏移和深度偏移的根本區(qū)別不是最終成果的輸出形式，因為兩者都可以輸出 垂直時間剖面或深度剖面。關(guān)鍵在于對速度函數(shù)的定義方式。六、偏移成像的綜合效果偏移剖面的最終效果是受各種因素制約：所用方程的精度、方法對速度模型的適應(yīng) 性和計算方法與參數(shù)。1方法越準(zhǔn)確，原則上講應(yīng)當(dāng)越有好的偏移效果。2方法對速度模型的適應(yīng)性越好，偏移效果越佳。3計算方法與所用參數(shù)不同將對偏移效果產(chǎn)生不同的影響。4偏移方法的效果是能否推廣使用的一個重要元素。例如下圖第一幅偏移圖像反映了預(yù)報區(qū)域的