（地球探测与信息技术专业论文）共偏移距crs叠加方法研究.pdf

at h e s i ss u b m i t t e df o r t h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：f e n gx u e f e n g s u p e r v i s o r ：p r o f l iz h e n c h u n s c h o o lo fg e o s c i e n c e s c h i n a u n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( h u a d o n g ) 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得 的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致 谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得 中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：日期：a 叫年r 月31 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅 和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或 其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：沙71 年! 月歹伸 日期：a c 年s 月日 摘要 随着地震勘探转向更复杂的地质条件区域，常规的处理手段有时候难以得到较好的 成像结果。于是新的时间域成像技术和叠前偏移方法随之产生，共反射面元( c r s ) 叠 加就是其中之一。它是由h u r b a l 教授( 1 9 8 3 ) 提出的。它的主要特点是用解析式表述了 非均匀介质弯曲界面的运动学反射响应。仅依赖于近表速度而与宏观速度模型无关。它 的理论基础是几何地震学，考虑了反射层的局部特征和第一菲涅耳带内的全部反射，从 而更有效地利用了多次覆盖反射数据的全部信息。 传统的零偏移距共反射面元( z oc r s ) 叠加被认为是目前最佳的零偏移距成像方 法。它是通过法向地震波在地面的出射角口、法向入射点( n i p ) 波波前曲率半径r 聊和 法向( n ) 波波前曲率半径r 等地震三参数的优化实现地震成像。然而对地下复杂的地 质结构，例如盐丘底部进行成像是非常困难的，利用z oc r s 叠加通常无法得到高质量 的成像剖面。共偏移距共反射面元( c oc r s ) 叠加是由z oc r s 叠加发展而来，由原 来的描述波场属性的三参数增加为五参数。它们分别是描述中心射线在炮点s 处的入射 角和接收点g 处的出射角的两个参数展，厦，描述c s 道集中中心射线在接受点g 处 出射波的波前曲率k ，描述c m p 道集中中心射线在炮点s 处入射波的波前曲率款，在 接收点g 处出射波的波前曲率疋。通过这五个参数来刻画地下层间构造的局部特征。 很显然，在参数数量增加的情况下就更需要寻找适当的优化策略来提高计算效率。 在法向射线不能对目标反射层有效照明或地震数据中不包含模拟高质量零偏移距 剖面必要信息的情况下应用c oc r s 叠加可以达到较好的成像效果。利用c oc r s 叠加 方法不仅可以得到任意固定偏移距的叠加剖面，还减少了偏移的道数和显著地提高了叠 前数据体的信噪比。对模型数据的试算表明，基于c oc r s 叠加得到的成像剖面与传统 z oc r s 叠加剖面相比有着较高的信噪比和同相轴连续性。 关键词：共反射面元叠加，共偏移距共反射面元叠加，波场属性参数 t h ec o m m o nr e f e c t i o ns u r f a c es t a c kf o rc o m m o n0 f f s e t m e t h o dr e s e a r c h f e n gx u e f e n g ( g e o p h y s i c a le x p l o r a t i o na n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f l iz h e n c h u n a b s t r a c t w i t hs e i s m i ce x p l o r a t i o ni st u r n i n gt oa p p l yi na r e aw i t l lm o r ec o m p l e xg e o l o g i c a l c o n f o r m a t i o n ，i ti sn o te a s ya n ym o r et og e ts a t i s f y i n gi m a g er e s u l tb yc o n v e n t i o n a lp r o c e s s i n g m e t h o d s om a n yn e wi m a g et e c h n o l o g i e si nt i m ed o m a i na n dp r e s t a c km i g r a t i o nm e t h o d s c o m eo u t ，o n eo fw h i c hi sc r s ( c o r n r n o nr e f l e c t i o ns u r f a c e ) s t a c k t h eo r i g i n a lm i n do fc r s s t a c ki sb yh u b r a li n19 8 3 t h em a i na d v a n t a g eo ft h ec r ss t a c ki st h eu t i l i t yo fa n a l y t i c a l f o r m u l a et h a td e s c r i b et h ek i n e m a t i cr e f l e c t i o nr e s p o n s eo fi n h o m o g e n e o u sm e d i aw i t hc u r v e d i n t e r f a c e sb a s e do nt h et h e o r yo f p a r a x i a lr a y i ti sd e p e n d e n to nt h en e a rs u r f a c ev e l o c i t ya n d f o r e i g nt ot h em a c r o s c o p i cv e l o c i t ym o d e l i tc o n s i d e r st h el o c a lf e a t u r eo fr e f l e c t o ra n dt h e w h o l er e f l e c to ft h ef i r s tf r e s n e lz o n e ，h e n c ei tu t i l i z e sa l lt h ei n f o r m a t i o no fm u l t i p l e c o v e r a g er e f l e c td a t ae f f e c t i v e l y t h ec o n v e n t i o n a lz e r o - o f f s e t ( z o ) c r ss t a c kh a sb e e nc o n s i d e r e da st h eb e s tz oi m a g e m e t h o da tp r e s e n t t h es e i s m i cr e f l e c t i o ni m a g i n gf o c u s i n go nt h ec r ss t a c ki sp e r f o r m e d t h r o u g ht h eo p t i m i z a t i o no ft h r e ep a r a m e t e r s ，w h i c ha r ee m e r g e n c ea n g l e 口，t h ec u r v a t u r e r a d i u so fn o r m a l i n c i d e n t - p o i n tw a v e r 吼p a n dt h ec u r v a t u r er a d i u so fn o r m a lw a v e r n h o w e v e r , i m a g i n gi nc o m p l e x s u b s u r f a c es t r u c t u r e sa s ，e g ，t h e i m a g i n g b e n e a t ha c o m p l i c a t e ds a l tb o d y , i sac h a l l e n g i n gt a s ka n dt h ea p p l i c a t i o no fz oc r ss t a c ki so f t e nn o t s u f f i c i e n tt od e l i v e rc o n s i s t e n th i g hq u a l i t yi m a g i n e si ns u c hs i t u a t i o n s c o m m o n o f f s e t ( c o ) c r ss t a c kh a sb e e nd e v e l o p e da sa l le x t e n s i o nt ot h ee s t a b l i s h e dz oc r ss t a c k 。t h en u m b e r o fw a v ep a r a m e t e r si sf i v ei n s t e a do f t h r e e t h e ya r ep sd e c r i s e dt h ei n c i d e n c ea n g l eo f t h e c e n t r a lr a ya t s ，尾t h ee m e r g e n c ea n g l ea tgkt h ew a v e f r o n t c u r v a t u r eo ft h e e m e r g i n gw a v ea tt h es u r f a c ea tgi nc sg a t h e r kt h e w a v e f r o n ti n c i d e n ta tt h es o u r c esi n c m p g a t h e ra n d 南t h e - w a v e f r o n te m e r g i n ga tt h er e c e i v e r 屯小南椭咄t h a ti nc a s et h e n u m b e ro fp a r a m e t e ri si n c r e a s i n g ，i ti sn e c e s s a r yt of i n db e t t e rm a t t e rt oi n c r e a s ec a l c u l a t i o n e f f i c i e n c y i t i so fi n t e r e s ti nc a s e sw h e nt a r g e tr e f l e c t o r ss u f f e rf r o mb a di l l u m i n a t i o nb yn o r m a l r a y sa n dt h ea c q u i r e dd a t ad on o tc o n t a i nt h en e c e s s a r yi n f o r m a t i o nf o rt h es i m u l a t i o no fa t h a tc o m p a r i n gw i t ht h ei m a g es e c t i o nb yt h ec o n v e n t i o n a lz oc r ss t a c k ，t h ei m a g es e c t i o n b yc oc r ss t a c ki sm u c hb e t t e ri nt h ea s p e c to fs i g n a l - - t o - n o i s er a t i o na n dt h ec o n t i n u i t yo f r e f l e c t i o ne v e n t k e yw o r d s ：c o m m o nr e f l e c t i o ns u r f a c es t a c k ，c o m m o n - o f f s e tc o m m o nr e f l e c t i o ns u r f a c e s t a c k ，w a v ef i e l dc h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r s 1 l l 目录 第一章前言1 1 1 研究目的和意义。l 1 2 国内外发展现状。3 第二章c r s 叠加理论基础5 2 1n m o d m o 叠加和叠前深度偏5 2 2c r s 叠加原理8 第三章z oc r s 叠加优化算法1 4 3 1 引入模型1 4 3 2 求取极大值1 4 3 3 求取最佳参数对18 第四章c oc r s 叠加方法2 4 4 1c oc r s 叠加算子推导2 4 4 1 1 中心射线和旁轴射线2 4 4 1 2 面到面射线传播矩阵2 7 4 1 3 旁轴旅行时方程2 7 4 1 4 中点和偏移距坐标系3 0 4 1 5 传播矩阵元素的几何解释3 2 4 2c oc r s 叠加优化算法4 1 4 2 1 自动c m p 叠加4 5 4 2 2o o 叠加4 5 4 2 3 搜索和c oc r s 叠加4 6 4 2 4 最优化4 7 4 2 5c oc r s 叠加参数的进一步应用4 7 第五章实际资料和模型试算4 8 5 1 加噪平层模型4 8 5 2 加噪洼陷模型5 0 5 3s i g s b e e 2 a 宏观速度模型5 3 5 4 实际数据处理结果5 9 第六章总结6 3 参考文献。6 5 附录6 9 攻读硕士学位期间取得的学术成果7 0 致 射71 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章前言 1 1 研究目的和意义 从原始的多次覆盖地震数据体中提取需要的有效信号，压制或者减少不需要的能量 信号，然后进一步的通过一系列的成像方法来真实的反映地下反射体。这就是所谓的地 震反射成像【l j 。 那么原始的多次覆盖反射数据体是如何得到的。因为不可能有大量的人力物力来自 激自收，放一炮只能得到一个点的数据。一般说来，能够通过沿着地震测线移动炮检对 来获得。即一炮激发，多道接收。通过上述方法，每一炮就可以获得一个共炮点道集 ( c s p ) 。建立一个坐标系( x s 一- t ) ，其中黾表示炮点的坐标，屹表示检波点坐标， t 表示检波器上显示的反射波的旅行时。这样所有的共炮点( c s p ) 道集就在这样的坐 标系下构成了多次覆盖数据体。但是，在通常情况下，往往要在中心点半偏移距( 矗一h ) 坐标系中完成地震资料的处理工作，所以要得到一系列的共中心点( c m p ) 道集，于是 在共炮点( c s p ) 道集中，把检波点上获得的信号放在炮点和检波点的中点的位置， 总结所有的此时具有相同炮检距中点坐标( 明显的，它们的中点都是k 点) 的道就获得 了一个共中心点( c m p ) 道集。如此就知道一个炮检距的中点就确定一个共中心点( c m p ) 道集中，而一个接收道确定一个半偏移距h 。这样就得到了由c m p 道集组成的一个多 次覆盖数据体。不仅仅只有c m p 道集，常用的还有共偏移距( c o ) 道集。如果保持偏 移距不变沿着地震测线移动炮点和检波点就可以得到c o 道集。零偏移距( z o ) 剖面就 是c o 道集中h = 0 的特列，此时炮点和检波点一致。 总结地震反射成像方法可以大致分为两种。一种是由原始的多次覆盖反射数据体直 接模拟出零偏移距( z o ) 剖面，例如最基本的c m p 叠加和n m o d m o 叠加，又称之 为偏移到零偏移距( m z o ) ，由此可以得到叠加剖面( 模拟z o 剖面) 并可进一步偏移 到深度域成像。因为这种偏移是在叠加之后，通常称为叠后深度偏移( p o s t s d m ) ，因 为是地震数据体在经过了一系列的叠加的基础上再做的偏移成像。另一种成像方法就是 直接对原始的多次覆盖反射数据体进行偏移成像，而不经过之前的叠加过程，所以叫做 叠前深度偏移( p r e s d m ) 。综上所述，不管是偏移之前有没有做叠加，这两种成像方法 都是建立在存在合理的速度模型基础上的，所以必须事先得到最佳速度模型。而最佳速 度模型也是作成像的过程中得到的，因此严格说来这就成为了一个迭代过程，要反复迭 代，反复优化，才能既得到最佳速度模型又得到偏移成像结果。并且对于不均匀的或者 第一章前言 各向异性介质而言，这两种方法都是建立在某种假设基础上的。因此，这两种成像方法 存在自身的缺陷【2 1 。 c r s 思想最早起源于h u b r a l 教授( 1 9 8 3 ) 。s c h l e i c h e r 于1 9 9 3 年推导出了现在称为 c r s 叠加算子的一个旅行时方程。该走时方程的独到之处就在于它与速度模型没有关 系。也就是说，c r s 叠加不依赖于速度模型，它依赖的是三个重要的波场属性参数。它 的指导细想是将某个点的反射看做是附近整个圆弧的反射，从而更加有效地利用了多次 覆盖信息。它的推导借助于旁轴射线理论，而叠加算子就是描述的中心射线临近区域的 旁轴射线的旅行时。在叠加过程中，可以得到最优的参数剖面从而用于后续的反演工作 以及叠后偏移1 3 ，4 】。 当然还有另外的与速度模型无关的叠加方法由其他人提出，比如多次聚焦 ( g d c h i n s k y ，1 9 8 9 、b e r k o v i t c h ，1 9 9 4 和g e l c h i n s k y ，1 9 9 7 ) 。它们的类似之处就在于 叠加算子是由描述波场属性的参数来确定的。通过相干分析的方法得到最佳的叠加算子 同时也得到了最佳的叠加剖面和波场属性参数剖面。这是这种方法的优势，而不足之处 在于参数中不包含振幅和相位信息。 对复杂的地下结构比如复杂岩体底部成像是非常困难的。在这种情况下应用常规的 处理方法是不能有效得到连续的高质量成像的。因此，需要改进常规的成像方法或是采 用新的办法得到较为可靠的成像。在近两年中，有限偏移距共反射面叠加已经发展成确 立的共反射面元叠加的一个延伸。利用数据驱动它可以在多次覆盖数据中提供任意的有 限偏移距剖面。在本文中，展示了这种新的成像方法在复杂的地下构造情况下可以作为 选择方案。专门设计了用来研究在底岩成像时碰到的难题的合成记录，此种方法通过对 该合成记录的处理实例得到验证【5 1 。 前几年介绍的大多数数据驱动的成像方式主要是从多次覆盖的地震反射数据中得 到模拟零偏移距( z o ) 剖面( b a z e l a i r e ，1 9 8 8 ；h u b r a l ，1 9 9 9 ) 。这些方法一方面应用多参 数时距公式进行数据驱动，在这些公式中时距参数通过相干分析得到，另一方面不应用 速度模型。在记录时间一中心点一半偏移距体中，多参数时距公式描述了地表而不是轨 道，比如在共中心点叠加。共反射面元( c r s ) 叠加属于这类成像方法( j a g e r 等，2 0 0 1 ) 。 c r s 时距公式一通常被指c r s 叠加算子一依赖于三参数，当二维的叠前数据被叠加到 z o 剖面。数据驱动的z o 模拟方法在很多情况下被证明是成功的。这意味着与常规的 成像方法比如n m o d m o 相比，它们在显示复杂地下构造和噪声方面产生更好的结果 ( t r a p p e 等，2 0 0 1 ) 。然而，在底岩成像情况下通常利用地数据驱动的z o 模拟技术不能 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 保证对底岩构造有好的成像结果。g l o g o v s k y 等( 2 0 0 1 ) 对此做出了解释。他们指出由 于法向射线z o 剖面损坏了底岩照明，因此不包含好的底岩成像的必要信息。 因此，g l o g o v s k y 等人( 2 0 0 1 ) 提出了一个更加复杂的方法得到好的底岩成像。他 们提出了多聚焦时间成像( g e l c h i n s k y 等人，1 9 9 9 ) 1 6 j 。 在这篇论文中，提出了另外一种方法称为c oc r s 叠加，共偏移距( c o ) 叠加与 z o 叠加类似，但c o 叠加是在c o 道集中。这就是说在一个固定偏移距的点的附近区 域的空间里，c o 叠加算子接近反射同向轴。c oc r s 叠加是以c r s 叠加为基础的，即 共偏移距共反射面元( c oc r s ) 叠加。c oc r s 叠加不依赖于宏观速度模型并且是纯 数据驱动的，是完全的通过相干分析得到。描述c oc r s 叠加算子的五个叠加参数是与 波场属性相关的，这些属性可以通过计算得到如果沿着地震测线的近地表是可用的。波 场属性的另一个重要应用就是可以帮助建立宏观速度模型。因此，c oc r s 叠加不仅产 生一个高质量的叠加剖面而且产生一个重要的副产品波场属性。 1 2 国内外发展现状 c r s 叠加的思想最早来源于h u b r a l 教授。经过多年的研究c r s 叠加已取得了很大 进展，国内二维的c r s 叠加技术已经成功应用于实际资料处理，三维的c r s 叠加技术 日趋成熟完善；国外三维c r s 叠加的软件已经成形，关于c r s 的叠加技术已经比较完 善。近年来，c r s 技术研究的观念有所转变，从单纯的叠加技术发展到对于叠加所得到 的参数剖面的应用。c r s 叠加所得到的参数剖面应用在地震资料处理的很多方面，例如： 基于c r s 的速度分析；由c r s 叠加得到的剖面确定k i r c h h o f f 最小偏移孔径；基于c r s 的剩余静较正；基于c r s 的a v o 分析。c r s 属性可用于确定反射层，用于波场分离( 即， 将绕射波从反射波中分离出来) ，或得到高精度的叠加速度场，改善储层a v o 分析的精 度。利用c r s 属性可以估计在真振幅成像中所需的几何扩散因子或建造真振幅增益函 数用于z o 反射系数的估计。得出的菲涅尔带投影矩阵，可作为最佳偏移孔径用于c r s 叠加剖面的叠后深度偏移，还可用于k i r c h h o f f 叠前偏移中，大大减少其计算量。在储 层性质研究中c r s 属性的用处还有待于开发f 2 ，6 】。 目前，国内对于c r s 叠加技术盼研究主要集中在2 d c r s 叠加效果的改进和 3 d c r s 叠加的实现，而对于叠加所得到的参数应用研究还很少，只有少数关于参数剖 面应用的综述性文章和初步的共反射面道集速度分析讨论而且只是基于简单层状模型 的研究1 1 。 3 第一章前言 2 0 0 1 年，b e r g l e r 等人提出了新的方法得到共偏移距剖面，称为c oc r s 叠加方法； 2 0 0 5 年，b o e l s e n 为了对在多分量记录中提取p p 和p s 转换波对该方法进行了发展；2 0 0 5 年t b o e l s e n 和j m a n n 将c oc r s 叠加算子变形应用于o b s 和v s p t 8 。 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章c r s 叠加理论基础 2 1n m o d m o 叠加和叠前深度偏 下面来说明c r s 叠加的目的。对c r s 叠加原理( 图2 6 ) 与n m o d m o 叠加( 图 2 1 ) 和k i r c h h o f f 叠前深度偏移( 图2 4 ) 进行比较【1 3 2 5 1 。这些图可以看成是由上下两 部分组成。在图的下半部分( x 轴以下) 是一丘状的反射界面，在反射界面以上是常速 介质，速度v = 2 5 k m s ，上半部分是一个曲面，该曲面是来自丘状反射界面的所有共偏 移距( c o ) 反射旅行时曲线在( k h 一，) 域中构成的，在这个反射面上的r 点的反 射是( x 。一 一f ) 空间中的共反射点( c r p ) 轨迹，用粗体线表示( p e r r o u d ，1 9 9 7 ) ，这 条轨迹是c o 面上的一条线【1 0 1 。 先来看一下n m o d m o 叠加。在这个叠加过程里，需要做的就是把r 点的所有反 射都叠加到e o 点上( 沿粗体线轨迹) ，所用的方法就是对( 一办一，) 域中n m o d m o 叠加面( 即图2 1 中只点的m z o 叠加面) 上所有的多次覆盖数据求和。可以得到z o 剖面通过对多次覆盖数据进行处理【6 j 。下面是得到昂点的扇形n m o d m o 叠加面的步 骤：首先，在图2 - 1 的下半部分以而点为圆心，v ，、0 t ( t o 是异点的时间坐标) y , j 半径， 么 构造一个昂点的共偏移距也就是z o 等时面；然后，按再把z o 等时面反偏移到 ( - h - t ) 域中( 反偏移时，偏移距为2 h ) ，这样就最后得到只点的扇形n m o d m o 叠加面，也称之为m z o 叠加面。如果把最点的圆形等时面视为一个反射面，那么在 ( 靠- h - t ) 域中得到相应的旅行时t 与相应的及h ，从而构成相应的m z o 叠加面。 这样就很明显的，最点的半圆形等时面上所有反射点的c r p 轨迹对应的旅行时就是要 得到的扇形n m o d m o 叠加面的旅行时1 9 。 接下来，通过多次覆盖数据进行n m o d m o 叠加处理，这个处理过程是沿着 ( 一，) 平面上每一个昂点的c r p 轨迹组成的n m o d m o 叠加面进行的，就可以得 到一个模拟z o 剖面，这就是所说的n m o d m o 叠加，结果见图2 2 。 最后对如图2 2 所示的模拟z o 剖面( 由n m o d m o 叠加得至岭进行亮希霍夫积分 深度偏就能够得到叠后深度偏的图像( 如图2 3 所示) 。 在克希霍夫积分叠前深度偏中，与n m o d m o 叠加的区别就在于，把r 点的反射 ( 图2 1 中层点所在的粗体线c r p 轨迹) 直接叠加到r 点上，而不是叠加到n m o d m o 5 第二章c r s 叠加理论基础 叠加时的异点，这是在图2 - 4 的( x 。一h 一，) 域中通过沿叠前深度偏移( p r e s d m ) 叠 加面对所有多次覆盖数据所叠加得到的，可以将叠前深度偏移( p r e s d m ) 叠加面可以 看作是在r 点处存在一个绕射源从而得到的反射波旅行时的响应i s 】。当然，还有一种方 法就是，可以用过r 点的不同倾角的假想反射面的c r p 轨迹来描述叠前深度偏移 ( p r e s d m ) 叠加面，然后把( x ，一h 一，) 空间中所有沿叠前深度偏移( p r e s d m ) 叠加 面的多次覆盖数据叠加起来，这样最后就得到了叠前深度偏移( p r e s d m ) 图像( 如图 2 5 所示) 的绕射的思想【9 6 1 。最重要的一点就是k i r c h h o f f 积分叠前深度偏移( p r e s d m ) 中，将反射界面看作是绕射点的叠加，这时就是深度域的成像，而非时间域成像。 t 3 力 点 喜z o o o 零 i t 嘲 麓 勰 3 0 姗 图2 - l 下半部分：在丘状模型中，地下反射界面和昂点对应的z o 等时面在r 点处相切。上半部 分：r 点的共反射点( c r p ) 轨迹，并且在r 点处，e o 点的n m o d m o ，叠加面和c o 反射时间曲 面相切。 6 深 度 ，、 鲁 深 度 暑 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 中心点( m ) 4 。o o3 0 ( 1 。2 0 0 01 0 0 co1 0 2 o3 0 0 04 口 ： 鬻囊 ： 。： j ， + ：+ ： 辫 ：； 拶藩娶 餮 矗 黼莲垂 ； 嚣 艄 。 。t ：， f t ? ! 矧 ? ： 删 镑i ：! - ： ； i ；：；誓辱 ；：一t ： t。； 薹 | | 鬈 ： ；：i ；： ： # 曩 磁 舅銎 ! ；：i 氢 ；l ! ： 臻黪； 黑 ；曩：；! ； ；：o 叠； l：i 。；：，- 戮寰 ：， i ；黪 - ? ：4 i 嘲曩：；譬；： ：豫。 ： ：；? ；：j ： j 沁i ： ：； ； 韭菇 。； 萄 ； ；：； ! ，! - 。：； ：； ： ， 蓦i黢 ； ： p i 誊 豫t ： 爱i - ， ： ； ； 1 - ： ： ： ； j ： ： ； t ： i ；： ； ：； ：， ：l _ 绻 ： 一 - ： t ； ； ：? !： ； ； i ：； 。： ： ： j ： + ： ：； ! ? ! ； ： - + ! f r f 。， 一 ：曩： 吨1 ： 。1 - ：。 ：r ： ： 毒 嚣 f 。：j ： ： ： ：； 2 图2 - 2 通过n m o d m o 叠加后所得到的模拟z o 剖面 中心点( m ) - 4 0 0 0姗2 0 0 01 0 0 0 o 0 2 0 3 0 d o4 溅0 图2 - 3 叠后深度偏后得到的模拟z o 剖面 7 pj”矗-“蚌，茹z毫h“，kirs砖斗“ 3 0 邑 要2 0 - o o 翟 堪1 0 0 0 蜡 a 脚 3 啪 - 5 o 第二章c r s 叠加理论基础 图2 - 4 下半部分：丘状模型，图中射线是反射界面上的绕射点r 发出的。对应着地面测线上不同 炮检对。上半部分：、r 点的c r p 轨迹( c o 旅行时曲面与绕射点r 处的叠前深度偏移叠加面在该 点处相切，图中用粗体线) ，并且c r p 轨迹与点r 反射层方位存在对应关系 深 度 邑2 ， 中心点( m ) 2 2c r s 叠加原理 图2 5 叠前深度偏移成像后的图像 图2 - 6 中，在点r 上放置一圆弧形的与点r 所在的真实地下反射界面相切的反射界 面，并且与之有着相同的曲率，于是该圆弧形反射界面就是真实反射界面的二次曲面( 位 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 于点r 处) 。在( x 。一h t ) 域中，点r 处圆弧形反射界面上可以定义一个共反射面( c r s ) 叠加面，这是由所有的点对应的c r p 轨迹来定义的，并且它恰好对应于零炮检距剖面 ( z o ) 上的只点。c r s 叠加面是与c o 反射旅行时面相切的，它们的切线就是点r 处 的用粗体线表示的c r p 轨迹【1 7 】。这样，c r s 叠加面实际上就是是圆弧形反射界面在点 r 处的多次覆盖旅行时的响应，它描述了圆弧形反射界面( 反射镜像) 上任一反射点所 对应的所有炮检对的旅行时得响应，在三维的情况下，此反射镜像就是一个面，叫做共 反射面( c r s ) 0 8 - 2 2 1 。 可以用c r s 旅行时响应作为叠加面来确定z o 反射轨迹上任意一点只的叠加值。就 如同m z o 叠加面( 如图2 1 所示) ，于是可以假设任意弯曲的翻身界面上的r 点处的圆 弧形反射面( 反射镜像) 的c r s 旅行时响应( 当然是指在( 工。一h t ) 空间中) 是已 知的。下面要做的就是在c r s 旅行时已知的情况下，如何确定只点的c r s 叠加面。在 均匀介质中就需要两个参数，它们分别是法向入射到点r 的射线在地面点处的出射角 a 以及在r 点处圆弧形反射面( 反射镜像) 的曲率半径r 。这两个波场参数是可以通过 下面的相干分析的方法得到的：对( x 。一，) 平面上每一点最，要构造一个“测试镜像” 响应，意思就是分别针对不同的参数体，要构造不同的c r s 叠加面，接下来就只要沿 着上一步得到的相当于每一“测试镜像 的c r s 面作相干分析，总是能够得到一个产 生最大相干值的“测试镜像的c r s 叠加面，此叠加面就是最佳叠加面。同时用这个 最佳叠加面也就确定处了上述提到的最点的两个参数q 和r 2 3 - 2 5 。 9 图2 _ 7c 3 r s 叠加得到后的模拟z o 削面 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 深 度 暑 中心点( m ) 图2 - 8 上图的模拟z o 剖面进行叠后深度偏移得到的模拟z o 剖面 比较图2 - 6 与图2 1 ，就点只外c r p 轨迹附近的局部近似来说后者效果很好。由此 可以得出一个结论，所以c r s 叠加剖面( 图2 7 所示) 的信噪比要明显地高于n m o d m o 叠加剖面( 图2 2 所示) 的信噪比。于是可以这样说，在c r s 叠加过程中，反射面的局 部曲率就决定了各反射点上的圆弧形反射界面的曲率。再观察对比图2 8 所示的叠后深 度偏移的图像与图2 5 所示的叠前深度偏移结果，显然前者效果更好。而图2 8 正是对 c r s 叠加剖面( 如图2 - 6 所示) 进行克希霍夫积分叠后偏移的结果【2 6 1 。 通过以上的分析可以知道，n m o d m o 叠加和克希霍夫积分法叠前深度偏移其实都 是对反射面形状的局部近似。它们的区别在于克希霍夫积分叠前深度偏移把反射面看成 是由绕射点组成的，体现了一种绕射思想；而n m o d m o 叠加则是把反射面看成了由 满足零偏移距( z o ) 等时面关系的反射点组成的，体现了一种反射思想。而c r s 叠加 则是根据反射面元的方向以及其几何形状做出具体响应，所以，c r s 叠加能提供最好的 反射界面照明( 成像) 1 3 0 】。由此不难想象，n m o d m o 叠加和k i r c h h o f f 积分叠前深度 偏移其实可以看成是c r s 叠加的两种特殊情况。如果假设点r 处圆弧形反射界面与相 对于只点的半圆形z o 等时面对应起来，那么很明显的，c r s 叠加就可以简化为 n m o d m o 叠加；如果把点r 处圆弧形反射界面的曲率半径无限缩小直到减小为零， 这时c r s 叠加就就变成了k i r c h h o f f 积分叠前深度偏移【27 1 。 现在比较一下n m o d m o 叠加和k i r c h h o f f 积分叠前深度偏移会有这样一个现象出 现：那就是k i r c h h o f f 积分叠前深度偏移中，如果考虑这样一个情况，在反射面上点r 第二章c r s 叠加理论基础 处的是一个绕射点而非一个反射点，那么克希霍夫积分叠前深度偏移叠加面就会和c o 旅行时面相似度比较高，相互吻合的比较好。同理可以推断，如果做n m o d m o 叠加 的反射面形状是和z o 等时面致的，那么这种情况下，n m o d m o 叠加面肯定与c o 旅行时面相似度最高，吻合的最好。所以，可以总结一下就是，叠前深度偏移是对于地 下绕射点的最佳的多次覆盖照明成像，而n m o d m o 叠加则是对满足z o 等时面关系 的反射点的最佳多次覆盖的成像。这分别是两种特殊情况。那么对于任意的反射点，在 上述两种情况下通常得不到最佳照明。而只有通过c r s 叠加对绕射点和反射点才能同 时提供最佳的多次覆盖照明。 通过以上的图示以及分析足以说明了即便在已经明确了地下反射体的情况下， n m o d m 0 叠加和克希霍夫积分叠前深度偏移均没有最大程度的使用地震的多次覆盖 数据。但是c r s 叠加能够更充分的利用多次覆盖数据做叠加来得到一个更好的零偏移 距剖面，不止如此，还同时得到了重要的波场参数来用于后续的反演工作。 c r s 叠加的适用范围也是相当的广泛。对于横向不均匀介质同样适用，只需明确近 地表速度，不需要宏观速度模型。 为了能够实现三维地震反射成像，h u b r a l ( 1 9 9 6 a ) 和t y g e l ( 1 9 9 6 ) 提出了一种方法来。 通常所应用的地震成像方法即所谓的标准地震反射成像，就是通过一系列的共偏移距剖 面来得到零偏移距剖面。另一种地震反射成像方法则是直接进行地下反射界面和反射体 的偏移成像。这两种成像的方式都是要先进行速度分析，或者是先假设地下反射界面是 某种已知的情况，其实它们都是与实际情况很不一致的，尤其是当反射体是比较复杂的 介质的情况下。即便对于各向同性介质，n m o d m o 叠加和p r c s d m 也往往不能够提供 最佳的反射界面成像( h u b r a l ，1 9 9 8 ) 。这样说来，要找到一种方法可以适应复杂介质，并 提供含有弯曲界面不均匀介质的运动学特征的方程式。 共反射面( c r s ) 叠加是不依赖于宏观速度模型的。其叠加算子表述了非均匀介质弯 曲界面的运动学特征，而没有考虑振幅和相移。 对于旅行时的估算，共反射面叠加用圆弧波前面，它与反射界面的局部倾角和曲率半 径有关。这种方法对于零偏移距剖面上的每一点都给出一叠加面。这些观点都是基于 b a z e l a i r e ( 1 9 8 6 ) 、b a z e l a i r c 和t h o r e ( 1 9 8 7 ) 、g e l c h i n s k y ( 1 9 8 8 ) 、k e y d a r ( 1 9 9 0 ) 、b e r k o v i t c h ( 1 9 9 4 ) 和h o c h t ( 1 9 9 8 ) 的思想【2 8 j 。 均匀常速介质下的c r s 公式是可以准确的推导出来的，而对于非均匀介质就要利用 波的一些固有属性，也即是c r s 叠加公式的波场属性三参数，它们是地表处的零炮检距 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 射线出射角口、法向波曲率半径尺和法向入射点波曲率半径r ，p 。通过相干分析进行参 数寻优就可以得到这三个参数。c r s 叠加是纯数据驱动的成像方法，与速度模型无关，因 此不需要射线追踪和最佳速度模型估计。要想对零偏移距( z 0 ) 剖面上的每一个采样点 都进行成像，就必须确定它们最佳的一组参数( 口，尺脚，r ) ，这样才能得到每一采样点的 c r s 叠加值f 1 9 1 。对于每一个零偏移距( z o ) 样点可以确定这样一个参数对( 口，如) ， 该参数对能够使得c r s 走时面与反射同相轴最好地拟合。采用全局优化方法来求取零炮 检距样点的最优参数。在此过程中，既要提高c r s 叠加的效率，又要注意最后的叠加效 果【2 9 1 。 在整个寻优过程中除了可以得到叠加剖面外，还可以获得一些相关的相干剖面和波场 属性剖面。相干剖面可以帮助得到反射同相轴的位置，而波场属性剖面可用来做反演从而 推导出未知的宏观速度模型( h u b r a l 和k r e y , 1 9 8 0 ，g o l d i n ，1 9 8 6 ) 1 3 0 】。 c r s 叠加的优点在于它不仅能够得到并优化模拟零偏移距( z o