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复杂地区地震资料精确成像技术研究 马阿丽( 地球探测与信息技术) 指导老师：宋建国副教授 摘要 地震勘探技术可以提供地下三维地质图象，在油气田勘探开发中起着 重要作用。目前地震资料的偏移成像是地震勘探的关键技术。常规偏移技 术( 即叠后时间偏移技术) 在以往的油气勘探过程中起到了重要作用，但 随着勘探难度的提高，在构造较为复杂或t 和强横向变速的地区，摹于常规 偏移的处理方法再也难见成效。本文就复杂地区地震资料的精确成像问题 进行了较为详细的研究。 本文首先探讨复杂地区地震成像的影响因素，从地质条件和传统处理 技术两个方面进行分析。然后对地震资料精确成像的主要技术进行了阐述， 重点分析了这些技术在复杂地区的应用方法。对不同的问题提出了不同的 处理流程。最后对多个复杂地震地质条件地区的地震资料进行了处理，取 得了明显效果。 关键词：地震勘探，复杂地区，精确成像，处理流程 a c c u r a t ei m a g i n gt e c h n o l o g y s t u d y o fs e i s m i cd a t ai nc o m p l e xa r e a m a a l i ( g e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n g & i 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 ya s s o p r o f e s s o rs o n gj i a n - g u o a b s t r a c t s e i s m i ce x p l o r a t i o nt e c h n o l o g yc o u l dp r o v i d es u b s u r f a c et h r e ed i m e n s i o n g e o l o g i c a li m a g e w h i c hp l a yav e r yi m p o r t a n tr o l et h eo i lf i e l de x p l o r a t i o na n d d e v e l o p m e n tp r o c e s s n o w a d a y ss e i s m i cd a t am i g r a t i o na n di m a g i n gi st h ek e y t e c h n o l o g y o fs e i s m i c e x p l o r a t i o n c o n v e n t i o n a lm i g r a t i o n ( p o s t s t a c k m i g r a t i o n ) a c h i e v e dg r e a ts u c c e s si np a s to i lf i e l dp r o s p e c t i n gp r o c e s s h o w e v e r , t h ed i f f i c u l t yf o rs e i s m i ce x p l o r a t i o ni n c r e a s e dd r a m a t i c a l l y ，p r o c e s s i n gm e t h o d b a s e do nc o n v e n t i o n a lm i g r a t i o nc o u l dh a v el i t t l ee f f e c ti nc o m p l e xs t r u c t u r e a r e a o rh e a v yh o r i z o n t a lv e l o c i t yc h a n g i n ga r e a t h i st h e s i sd i s c u s s e dt h e a c c u r a t ei m a g i n go fc o m p l e xa r e as e i s m i cd a t aw i t hd e t a i l t h ei n f l u e n c ef a c t o ro fs e i s m i ci m a g i n gi nc o m p l e xa r e aw a sd i s c u s s e da t t h ev e r yb e g i n n i n g a n a l y s i sw a sp u to nt w oa s p e c t s ：g e o l o g yc o n d i t i o na n d c o n v e n t i o n a l p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y t h ek e yt e c h n o l o g y o fs e i s m i cd a t a a c c u r a t ei m a g i n gw a se x p o u n d e d m a i na t t e n t i o nw a sp u to nt h ea p p l i c a t i o no f t h e s et e c h n o l o g yi nc o m p l e xa r e a f o rd i f f e r e n tp r o b l e m ，d i f f e r e n tp r o c e s s i n g f l o ww a s p u tf o r w a r d f i n a l l y s e i s m i cd a t af r o ms e v e r a l c o m p l e x s e i s m i c g e o l o g i c a lc o n d i t i o na r e aw e r ep r o c e s s e da n dg o to b v i o u s e f f e c t k e yw o r d s ：s e i s m i ce x p l o r m i o n ，c o m p l e xa r e a ，a c c u r a t ei m a g i n g ，p r o c e s s i n gf l o w 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国石油大 学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的问志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：与事临t 一 沙孵f 口月) ，日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以 公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 马圣虽五皇 矽。歹年f 口局 五日 导师签名 。厂年 r 矿月2 f 中国缸油人学l 华东) 艇土论史第l 睾辩鲁 第1 章前言 多年柬广大地球物理工作者一直致力于利用地球物理勘探方法研究地 下地质情况的工作，寻找油气田。长期实践表明地震勘探是了解地下构造进 而寻找地下油气资源的主要手段。随着勘探程度的不断深入，大的、简单 的油气构造基本已经落实并相继进入中后期开发阶段，目前石油地质工作 者希望地震工作解决的主要问题是在复杂地质背景下、低幅构造和非构造 油气藏“。的检测方法，对地震勘探技术提出了前所未有的新要求“。 我国幅员辽阔，地形地貌复杂。大部分石油勘探地区的地质组成和地 质构造都是相当复杂的，大部分油气田属于陆相油气田”1 。形成油气田的陆 相沉积盆地大都经历了后期的构造改造，具有埋深大、构造复杂、圈闭面 积小等特点。这些地区用常规处理方法“2 已经难见成效。基于传统地震勘探 理论的地震资料处理手段所获得地震成果剂谣质量差“| ，无法满足地质任务 的需求。进一步完善地震波成像理论”的地质数学模型和相应情况下的地 震波传播机制，并将其运用于实际地震数据资料处理之中，以改善地震成 像质量，不仅具有理论研究意义，同时也具有非常重大的实际应用价值。 我国的地球物理工作者所面临的艰巨任务就是要以品质相对较低的地震资 料来满足地质和油藏专家所提出的精细构造解释和精细油藏描述的要求， 不断寻找和发现新的浊气资源，最终满足国民经济高速发展对石油能源的 迫切需求”1 。 从叠加剖面到偏移剖面的制作，为用地震资料解决地质问题提供了新 的手段。随着计算机技术的发展，偏移成像从理论到方法和技术，逐步走 向成熟。地震偏移技术作为地震资料处理最为重要的处理技术之一，从射 线理论到波动理论，从时闻偏移到深度偏移，从叠后偏移到叠前偏移，从 各向同性偏移到各向异性偏移等，都已取得了长足的发展。3 ，并为利用地震 中国知油大学( o # 系) 碗土跄文第1 毫前高 资料成像地下构造做出了重要贡献”。针对地震勘探二i ：作当前所面临的巨 大挑战并审视波动方程偏移技术的研究和应用现状，研究精确偏移成像技 术“1 ”1 ，恢复地震波与构造和岩性有关的波场特征，满足低幅构造解释和岩 性反演的要求，已成为今后地震资料处理( 甚至解释) 的主要方向。 我国实现石油资源接替的潜力很大。目前已探明的石油地质储量只占 全国总资源量的2 5 左右，亦即还有7 5 尚待探明。“。而西部的油气资源探 明率更低，准噶尔盆地是2 佻，塔里木盆地只有5 ，柴达木、鄂尔多斯和 吐哈等盆地也很低。尚未探明的石油资源量，约6 3 分布在我国中西部，而 其地表多为山地、黄土塬、沙漠、戈壁等复杂地区。因此，要实现我国油 气资源的可持续发展，在保障东部地区油气产量基本稳定的同时，关键是 加快发展针对西部复杂地区的物探技术，在西部地区持续发现更多的油气 田，确保西部地区油气资源的可持续发展与战略接替。 我国谣部蕴藏着丰富的石油资源，是新中国石油工业的发祥地，也是 面向2 1 世纪的中国油气资源战略接替区。t 9 0 7 年延长一号井在井深8 1 米的上三叠统获日产1 吨1 5 盹石油，这也是我国大陆第一口油井。1 9 3 9 年发现玉门老君庙油田，上世纪5 0 年代又发现了克拉玛依油田。从6 0 年 代到8 0 年代初石油勘探战略东移，相继发现了大庆、吉林、辽河、华北、 大港、胜利，中原、河南、江汉等油田。 上世纪8 0 年代中期石油的产量和储量增长缓慢，为了扩大勘探领域、 增加后备储量，我们又把目光转移到有巨大潜力的西部。随着塔累木、吐 哈等盆地勘探工作的展开和新的油气发现，9 0 年代初明确提出了“稳定东 部、发展鹾部”的战略方针，实际上在勘探重点上又由东向话转移，广袤的 西部地区，再一次成为中国油气勘探的重点，也给地球物理技术带来新的 挑战和发展机遇”o ”“。目前我国的勘探目标区域从东部平原地区转向西 部黄土塬、戈壁、沙漠和山区。地震地质条件变得十分复杂，地震资料的 中凋油大学( # 末) 颈l 论文第1 章翦i 。 采集难度大，效果差，而对应的地下地质情况却较东部地区更为复杂。因 而这些地区地震资料的处理质量成为勘探成功与否的关键”“。随着勘探能 力和处理技术的进步，人们在这些地区取得了不少成果2 。在这些地区复 杂的地质面貌得到展示的同时，人们发现复杂地区的地震剖面上存在着 些问题，如： 1 、剖面的信噪比低，地层反射波的能量弱，连续性差，不易进行层 位追踪，且影响到地质层位的准确确定。 2 、成像精度低，构造不清楚，使复杂地区构造形态的细节难以确定。 3 、断点模糊，断裂关系不清，难以确定断顽位置及断裂结构。这使 得组合断裂系统时容易出现误差，断面位置发生偏移，甚至出现 不合理的断裂系统格局。 4 、分辨率低，层闻反射弱，地层接触关系不清楚。影响到地层圈阅 的解释。 为了更好趣满足地质任务的需要，提高地震成果的质量，使复杂地区 的地质现象得到细致准确的反映，开展复杂地区地震资料精确成像的技术 研究工作是十分必要的，本文在这个背景之下展开了研究工作。针对不同 地质地表条件下的地震资料的成像技术进行了相关研究。 要提高地震资料成像质量，首先应知道是什么原因使得复杂地区的成 像效果不好1 。处理效果主要与地质条件和处理技术有关9 “。本文从这 两个方面对影响成像效果的因素进行了分析。地震资料处理是一个系统工 程，高分辨地震勘探也是一个系统工程，而复杂地区地震资料精确成像更 是个系统工程。“。从野外采集的地震资料到最后的成像剖面需要经过多 个处理环节。在地震资料的成像过程中涉及到众多地震资料处理技术。”、”。 本文对地震资料精确成像的主要技术进行了阐述，重点分析了这些技术在 复杂地区的应用方法。对不同的问题提出了不同的处理流程。最后对多个 中圉五油大学( 华东) 硬土论史 第1 章前言 复杂地震地质条件地区的地震资料进行了处理，取得了明显效果。 中国石油火学( 1 仁东) 硕士论文 第2 章地震资料精确成像的历史进程 第2 章地震资料精确成像的历史进程 在用地震资料勘探地下油气藏的历史进程中，提高地震资料的成像精 度一直是人们不断追求的目标。从最早使用反射地震法勘探到现在的5 0 年 时间里，地震勘探成果的成像质量随着各种先进科学技术的采用得到了迅 速提高。在5 0 年代，反射地震法得到应用之初，用的是光点记录仪器，记 录结果就作为地震资料的最终成像，直接用它解释而不经过任何室内处理。 这种成果的精确度是很低的。 到了6 0 年代，改用模拟磁带记录仪器记录反射回的地震信号，而且发 展了多次覆盖的二维施工方法，然后对记录结果进行一些简单的室内处理， 如水平叠加、滤波等。地震成果质量比光点记录有了质的飞跃，能解决一 些浅层或简单构造的构造解释问题。 7 0 年代初，数字磁带记录仪器替代了模拟磁带记录仪，并用计算机做 室内处理工作。这一时期资料处理技术得到了很大发展，不仅能进行常规 项目处理( 如动、静校正、速度谱、水平叠加、叠加偏移、滤波、反褶积 等) 而且还能进行亮点剖面、声阻抗剖面、三瞬剖面等特殊项目的处理。 地震勘探成果的成像质量也因此达到了一定的精度，完全解决了浅层和构 造简单地区的构造成像问题，而且使一些复杂构造得到了粗略成像。 随后出现的三维地震勘探方法更接近实际情况，经三维流程处理后， 各类地质体成像归位准确，侧面波干扰消失，地质构造清晰可靠，使用效 解决复杂构造、深层构造的残像问题成为了现实。 在1 9 8 4 年，h a l e 等人提出了d m o 处理方法，它是在叠前c d p 道集上校 难由于反射点离散而造成的斜层成像差问题，这方法对解决交叉成像及 倾斜地层成像、突出断点有很大帮助。 在9 0 年代，出现的叠前深度域处理方法则是在c d p 道集上进行深度域 中国。油人学( 华东) 碗士论立帮2 章地震资柑精确成像的，史进程 偏移，然后再叠加，输出深度域偏移剖面。这种方法先使与有效波干涉的 绕射波收敛，然后再叠加。所以解决了由于地层反射信号受影响而引起的 成像不精确问题，而且它的偏移速度场比较准确，能极大提高成像精度， 是解决复杂地区构造问豚的有力工具。 在地震资料精确成像中，偏移技术是十分关键的。在7 0 年代c l a e r b o u t 教授实现声波方程有限差分偏移之前，偏移是以绕射扫描的几何方式实现 的，精度和保真度很低。7 0 年代后各种偏移方法大量出现，如s t o lt 提出 的f k 域偏移、g a z d a g 提出的楣移法和相移加插值偏移、s c h n e i d e r 提 出的k i r c h h o f f 积分偏移、y i l m a z 提出的频率空间域偏移，这些方法都有 着各自的优缺点；因而，综合不同方法的优点，又发展了混合偏移、串联 偏移和剩余偏移。所有这些方法的成像原理都是基于c l a e r b o u t 教授提出 的爆炸反射界面观点”j 。 l l u b r a l ( 1 9 7 7 ) 注意到：当速度场存在横向变化时，时问偏移的成像点 与真实的地下绕射点存在横向“位移”，绕射衄线的顶点其实就是成像射线， 即以直角方向传播到界面的射线。射线在反射界面的弯曲使得偏移技术由 时间偏移向深度偏移发展( l a r n e r ；1 9 8 7 ”1 ) 。 常规的偏移是在水平叠热的剖面上进行的，其效果很大程度上取决于 水平叠加的质量，也就是取决于是否能得到高质量的自激自收的、绕射和 反射完整的叠加剖面。由于常规的叠加大都基于水平层状介质假设，当构 造变化较大时，为得到更好的叠加效果，发展了叠前部分偏移技术( d m o 技术) ，尔后为适应速度场的变化，d m o 技术发展为m z o 、h d d m o 等更高端的 叠前部分偏移技术。但是无论d m o 技术如何发展，由于其以叠前时间偏移 的双平方根方程为理论基础，对于速度横向变化较大的情况，任何形式的 d m o 技术也不可能取得很好的效果。 因此对于速度变化剧烈的地区，偏移处理应该由叠后走向叠前。卺前 中国百油人学( 华东) 硕上论文幕2 荦地震瓷抖精确成像的历史进程 深度偏移在墨西哥湾的成功应用，这在很大程度上刺激了叠前深度偏移的 研究热潮。目前叠前深度偏移的方法很多，主要有k ir c h h o f f 积分法、有 限差分法、相移法、频率空间域褶积法、逆时法和广义屏法等。k i r c h h o f f 积分法的生命力在于其高效率、稳定性和对复杂观测系统的适应性，因而 得到的工业界的广泛使用：有限差分法的优点是适应速度场的复杂变化， 但由于多采用近似方程，对偏移倾角有定限制：相移法的优点在于延拓 算子不需任何近似，偏移倾角可达9 0 度，目_ 畏容易扩展到三维，缺点是对 速度变化的适应性较差；逆时偏移是通过波动方程在时间卜做反向外推实 现偏移成像，无倾角限制，理论较为完善，但是其庞大的计算量，在很大 程度上限制了它在工业界的应用前景。综合各种方法的优点，近年来，发 展了分裂富氏变换法和富氏变换有限差分法等。 迄今为止，地震资料的成像精度己到达了区分1 0 0 1 1 4 米的小地质体， 纵向上区分1 0 米的地层，横向上区分开5 0 米的地层反射及显示断距为5 米的小断层。但在地表及地下构造十分复杂的地区仍然存在一些问题。 中国石油大学( 华尔) 硕士论文聋3 章影响地震瓷料咸像精度的朦渊分析 第3 章影晌地震资料成像精度的原因分析 3 1 什么是复杂地区 复杂地区是指地表条件复杂( 如山地、丘陵、沙漠、戈壁、沼泽等) 或 地下地质结构复杂( 断层多、断块破碎等) 的地区。这些地区由下构造运 动的剧烈，常常具有以下地质条件： l 、地袁自然条件复杂多样( 图31 ) 。 2 、存在着复杂的断裂系统，大小断层多。断层组合上复杂( 图3 2 ) 。 3 、地层跨越的地质时期长，不同地质时期地层的地震相参数差异大。 4 、地质构造种类多，凹陷、凸起、超覆、剥蚀、平层、斜层及断层汇 聚在一起，跌宕起伏，错综复杂( 图3 3 ) 。 5 、目的层埋葬深，而且横向r 速度变化大。 5 、目的层埋葬深，而且横向r 速度变化大。 中捌t l 油大学( 4 # 东) 硕士论文第3 章影响地震瓷料成像精煌的腺分丰j i 第3 章影晌地震资料成像精度的原因分析 3 1 什么是复杂地区 复杂地区是指地表条件复杂( 如山地、丘陵、沙漠、戈壁、沼泽等) 或 地下地质结构复杂( 断层多、断块破碎等) 的地区。这些地区由于构造运 动的剧烈，常常具有以下地质条件： l 、地表自然条件复杂多样( 图3 1 ) 。 2 、存在着复杂的断裂系统，大小断层多，断层组合上复杂( 图32 ) 。 3 、地层跨越的地质时期长，不同地质时期地层的地震相参数差异大。 4 、地质构造种类多，凹陷、凸起、超覆、剥蚀、平层、斜层及断层汇 聚在一起，跌宕起伏，错综复杂( 图3 3 ) 。 5 、目的层埋葬深，而且横向上速度变化大。 中国石油大学( 毕东) 硕士论文第3 蕈影响地震虽料成像孝蠹度的原凼分析 图3 - 1 地表状况复杂 图3 - 2 复杂的断裂系统 9 中闰年l 油大学( 华东) 硕士论文 第3 章髟响地震资料成像精度的原川分机 图3 + 3 复杂的地下构造 3 2 复杂地区地震资料成像特点及原因 地震勘探是一个系统工程，而地震资料成像是十分关键的一步。尽管 成像理论在上个世纪就已经十分成熟了，但成像方法及其应用效果远达币 到理想效果，对于复杂地区来说，成像效果更差。复杂地区地震资料波场 复杂，地表地质条件差，所获得的地震削面具有如下特点：( 1 ) 、剖面的信 噪比低，地层反射波的能量弱，连续性差，不易进行层位追踪，且影响到 地质层位的准确确定( 图3 4 ) ；( 2 ) 、成像精度低，构造不清楚，使复杂地 区构造形态的细节难以确定( 圈3 - 5 ) ；( 3 ) 、断点模糊，断裂关系不清，难 以确定断面位置及断裂结构。这使得组合断裂系统时容易出现误差，断面 位置发生偏移，甚至出现不合理的断裂系统格局( 图3 6 ) ：( 4 ) 、分辨率低， 层间反射弱，地层接触关系不清楚。影晌到地层圈闭的解释( 图3 7 ) 。 1 0 中国“油太学( 华东) 坝士论文第3 孽影响地震蹙科成像精度的原分析 图3 - 4 逑层反射波的量较弱 图3 - 5 构造不清楚、地层接触关系不清楚 中国白油大学( 华东) 硕- 论空第3 章影响地震资料成像精度的燎分析 图3 6 断点不清 图3 7层阳j 反射弱 2 中局右油大学( 华东) 硕j 论立 第3 章影响地震资料成像捕度的原躅分析 通过实际地震资料的采集与处理分析，可以发现，造成以f i 问题的原 因主要有以下几个方面： l 、复杂的地质条件造成了采集的地震资料品质差 根据地震波的运动学理论，在颐块破碎的情况下，必然产生地层反射 波、断面波、断棱绕射波及次生波，这些波交叉干涉在起返回地面。如 图所示是一个断层的地震波响应，在断块破碎的地区，存在着很多这样的 断层，势必产生很多断面波及断棱绕射波，它们与破碎地层产牛的微弱的 有效信号形成了严重干涉。 爪。j 图3 8 断面波示意图 如图3 - 8 所示：虚线表示的断面波与实线表示的地层反射波相干涉， 双曲状的断点绕射波和断面波相干涉而且断面对于下伏地层将会产生能 量屏蔽作用和射线畸变作用，使断面下地层的反射得不到，或使反射屡的 产状畸变。图3 - 9 说明了断面引起反射波畸变的情况。图3 - 9 中图h l 为断 露，a 点为断顽的端点。从0 点出发入射到a 点的地震波透射过断面后分为 两部分，一部分由e 点反射回到地面c 点，另部分经f 点反射到b 点， 透过断面传到地面上d 点。这样地颟l ：c o 段接受不到地层反射，而且d 点 后的反射波经断层透射会发生畸变。( 图3 一l o 是受复杂断裂系统影响的实 际地震资料) 。 望鱼塑查兰! 堂查! 堡! 堡墨 堡! ! 堂堕些曼錾翌壁塑堕堕堕堕型坌塑 v 2 cod 图3 - 9 断面对地震波反射的影响 图3 1 0 受复杂断裂系统影响的实际资料 中f 同油人学( 华东) 硕士论文 第3 章影响地震资料成像精度的妊因分机 此外，界面的凹凸起伏( 图3 - 1 1 ) 、构造的复杂以及岩层物性的差并， 还会造成地震波振幅及频率衰减的不规范、能量分散、子波不一致( 图3 1 2 ) 及反射点分散现象。而在二维地震勘探中，与构造走向平行的测线j 二常常 接受到一定量的侧面波( 图3 - 1 3 ) 。另外复杂的地表条件会造成严重的静校 正问题及严重的规则干扰和随机干扰会严重影响地震资料的品质。 图3 - 1 1 反射界面凹凸起伏 中国柏油大学( 1 # 东) 硕士论文第3 章影响地震资料成像精度的燎| 太1 分机 图3 1 2 子波不一致 o x 图3 1 3 侧面波示意图 1 6 中商油犬学( 华东) 硕 论文第3 鼋影响地震资料成像牵南度的原壮1 分析 由以上的分析可以得出这样的结论：复杂的地质条件导致了原始资料 中地层反射波的品质极差，表现为地层反射信号能量弱且相关一致性差， 波形复杂，主频低，甚至缺失某一段地层反射。复杂的地质条件同时也导 致了干扰波种类多，能量也很强，而且与有效信号形成严重干涉。其次， 反射波双曲线的严重畸变及侧面波的存在还会造成构造假象。对于这样的 资料，使用一般处理手段得到的结果信噪比必然很低，或根本无法实现反 射波的同相叠加。所以，由于复杂地质条件而造成的质量极芳的原始资料 是最终成像不精确的直接原因。 2 、处理技术的限制 在传统地震资料处理中，由于受到技术条件的限制，埘复杂地区的地 震资料处理缺少诸如折射波静校正、d m o 、一步法偏移、全三维处理等针对 性手段。结果致使复杂地区存在的许多特殊问题没有得到很好地解决，如 低降速带校正不完全，存在剩余静校讵量：双曲线畸变影响叠加效果；- t 一 扰波对有效波的干涉使有效波不连续不清晰：地层反射波能最低而不能得 到很好弥补等问题。这势必影响到最终成像效果，处理技术的限制是造成 复杂地区资料成像精度差的重要原因。 3 、对复杂地区的地质构造认识不足 尽管每一区块的处理设计、处理流程及应用参数都要经过严格的试验 对比来确定，但是一方面由于处理人员、分析人员对复杂地区的地质构造 认识不足，另方面由于处理解释一体化程度不够，不能及时采取有针对 性的处理方法及参数，以消除地震资料中的虚假现象，致使最终成像不够 精确信噪比低下。 为了能够充分利用地震资料解决地质问题，必须提高地震资料成像的 精确度，针对复杂地区，展开地震资料的精确成像技术研究意义重大。本 文从精确成像的流程设计开始讨论，对精确成像的多项专门技术进行了探 1 7 中国钉油大学( 华东) 硕上论文第3 章影响地震餐料成像精度的捺分槲 讨，最后对实际野外地震资料进行了试验处理，取得了良好的实际效果。 1 8 中国“油大学( 华东) 硕士论文第 章地震资料精确成像的主要技术 第4 童地震资料精确成像的主要技术 4 1 时闻域处理流程中的精确成像技术 经研究，我们发现从以下三个方面入手对提高复杂地区地震资料的成 像精度很有效：( 1 ) 做好静校正工作，确保静校汇精度：( 2 ) 采用有效方 法，提高叠加剖面的质量；( 3 ) 优选偏移方法、精选偏移参数。提高偏穆 成像的精确度：( 4 ) 、叠前时间偏移。 4 ，1 i 提高静校正精度 1 、静校正工作与精确成像的关系 在地表条件复杂的地区，存在着各种因素引起的静校正问题。表4 一l 列出了各种静校正量对成像质量的影响。 表4 - 1各种静校正量对或像质量的影响 静校芷量 原因静校正量 对成像质量的影响 类型火小特征 高程校地表高程起伏 8 0 m s 一3 0 0 m s影响构造形态会造 正量 成构造畸变 低降速带低降速带的存在 1 0 m s 一3 0 m s影响同相轴成像质 校正量 量，严重时影响构造 形态 井深爆炸深度不同 2 m s l o m s影响同相轴成像质 校正量 量，影响信嗓比 剩余静动校正之后同一c d p 2 m s 一1 0 m s 影响同相轴成像质 校正量道集内不同道之间的 量，影响信噪比 剩余时差 1 9 中国石油大学( 华东) 颁士论文 第4 章地震资料精确成像的中要技术 由表4 一l 可以看出：静校正量的存在严重影响着成像的精确度。所以 采用有效的方法求准静校正，正确完成静校正工作，是确保精确成像的基 础和必要前提。 求准静校正量，也就是说使求出的静校正量与实际静校正量之间的误 差( 以下简称静校正误差) 较小。静校正误差对成像精度的影响可由一些 定量数据来表明。表4 2 是一个理论研究结果。( 实验条件是霄克子波、截 频为振幅下降一半) 表4 2 静校正误差与高截频关系 静校正误差 12345 6只1 0 ( m s ) 高截频 1 8 69 36 24 6 53 7 ，2 3 1 o2 3 21 8 6 ( h z ) 从表4 2 可以看出，当静校正误差大于4 雌时，地震资料中某些频率 的信号会受到影响，主频高于4 6 h z 的反射层叠加效果会下降。所以控制静 校正误差，确保静校正量精度是一个不容忽视的问题。 从某种意义上说只有降低静校正误差，确保静校正精度，彻底消除静 校正闯题，才能有高质量的成像。 2 、复杂地区静校正的主要技术 复杂地区静校正的主要技术包括：采用与一般情况下静校正构造不同 的处理流程及在流程的各个环节采用针对复杂地区特殊问题的处理方法。 图4 - 2 是复杂地区的静校正流程，与，一般情况下的静校i f 流程( 图4 一1 ) 相比它增加了专门的井深校正，使井深校正更加准确。它用折射波静校 正进行低降速带校正，改变了以往小折射资料进行低降速带校正的方法， 犬大提高了低降速带校正的准确度；它采用迭代方法进行剩余静校正，提 高了剩余静校正精度。复杂地区的静校正工作采用这种高精度静校正技术 中国秭油大学( 华东) 硕士论文第4 章地震资料精确成像的主要技术 的目的就是尽量减小剩余静校正量，从而使得高频在成像处理中能够最大 限度地保留下来，达到提高成像精度的目的。 小折射低降速带校正 上 高程校正的高频校正 i 璺 高程校正的低频校正 匹 高程校正的高频校正 折射波低降速带校正 j 迭代剩余静校正 上 辅助基准面校j 下 上 高程校正的低频校正 图4 - 静校正流程图4 2 复杂地衷静校正流程 下面简述一下图4 2 流程中每个环节存在的特殊问题及这些问题的解 决办法，这些处理技术的应用能较大程度地降低静校f 曝差。 a ：井深校正 存在的特殊问题：一般地区用剩余静校正校正井口时间。但当排列上 井口时间差异大，或原始资料信噪比低时，剩余静校正不易做好，造成井 中国年1 油大学( 华东) 硕士论文 第4 章地震资料精确成像的j 要投术 深校正不完全，井深校正误差大。 应用的主要技术：做专门的井深校正。以野外提供的井口时间作为校 萨量库。做炮点校正。这样比较准确。却不应该以井深替换速度所得的值 作为校正量。 静校正量质量控制：以叠加剖面质量作为控制手段，叠加剖面上反射 轴得到加强或连续性变好，说明校正量可用。 静校正误差由记录仪器而定，一般为2 m s ( 2 3 叠加 2 叠后 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章地震资料精确成像的主要技术 在复杂地区，更要注重叠前信噪分离。因为复杂地区干扰波强度比有 效波强度大的多，这些严重的干扰不仅造成叠加测面的信噪比低而且还 会影响到叠加信号的波形，造成波形畸变。 叠前去噪包括压制规则干扰、压制随机干扰、加强有效信号三项内容。 压制规则干扰以彻底干净为标准，压制随机干扰以把单次剖面上的信噪比 提高到2 3 以上为目的。加强有效信号以不模糊断点为原则。 压制随机干扰和加强信号同时完成。比较有效的方法是在共偏移距l 二 做s p a r n 或p o l f t 或f x n a t 。表4 5 列出了消除各种规则干扰波所使用的各 种方法及其效果。 表4 - 5 规则干扰波压制方法 i 折射波切除全部去掉 l 面波高通滤波压制9 5 以上 i 声波 双向去嗓 压制9 0 以上 邻驮于扰 比例编辑 全部去捧 l 多次折射或其他线性干扰用f k 或倾角滤波方压制7 0 以上i 法压制 5 0 h z 工业电干扰去单频噪音方法压制压制8 0 以上1 叠后提高信噪比意昧着把信噪比从2 提到4 。常用的方法有 多项式拟合滤去随机干扰 f k 滤波滤去与地震反射信号不同方向的规则干扰 分频处理加强有效信号 分频处理是复杂地区叠后修饰的常用手段。它利用了构造复杂地段频 率普遍较低的特点，把信号的优势频带低频分离出来，单独做反q 补 偿、p o l f t 等提高信嗓比的处理，然后与原叠加剖面混合( 流程见图4 1 0 ) 。 它既提高信噪比也突出波组特征，能较好地提高叠加成像的质量。 中国石油人学( 华东) 硕士论文 第4 章地震资料精确成像的土要技术 图4 1 0 叠后分频处理流程 这三种技术在处理流程中的穿插应用方式为： 消除影响反褶积突出有效信号提高信噪比一消除影响 突出有效信号叠加提高信噪比 在实际工作中，由于复杂地区的地质条件各不相同，原始资料也各有 特色，应根据工区的具体情况，认真分析影响叠加剖面质量的原因，穿插 一系列有针对性的行之有效的方法和技术。 中国4 i 油大学( 华东) 硕士论文第4 章地震资料精确成像的t 要技术 4 1 3 优选偏移方法和参数以提高偏移成像的精确度 实践证明：在偏移过程中，偏移方法和偏移速度对偏穆成像精度有较 大影响。尤其在构造复杂的地区。因此需要选择合适的偏移方法和偏移速 度以保证偏移成像的精确度。 从理论上讲，各种偏移方法各有特点( 表4 - 6 ，表4 7 ) ，成像精度也各 不相同，其中波动方程偏移的成像精确度最高。 表4 - 6 三维偏移方法特点比较 偏移方法优点缺陷 速度沿纵横向变化时产生误 三维2 步法偏移速度快，经济、简便 差和噪音，受倾角限制，倾角 大、误差大 = 维1 步法偏移 准确，成像精度高 需要准的偏移速度 表4 7 二维偏移方法特点比较 偏移方法优点缺陷 克希霍夫积分费机时，噪声大，不适应横向 适用大倾角和垂向变速 偏移 速度变化大的情况 波动方程有限 适应横向速度变化大的费机时，不适应大倾角 差分偏穆情况，耩度高 f k 偏移速度快精度高，适用 不适应横向速度变化大的情况 大倾角 在实际工作中应该根据工区的其体地质情况( 如倾角、速度纵横象的 变化等) 选几种较合适的偏移方法进行比较从中找到成像精度最高的偏 移方法进行偏移。 选择好了偏移方法，还要进行偏移参数( 表4 - 8 ) 的选择。各种偏移参 数对成像精度的影响不同，其中偏移速度直接影响若偏移成像效果。无论 是二维还是三维，偏移速度的选择都应该是建立在试验的基础t 。根据试 中国石油大学( 华东) 硕士论文第4 章地震资料精确成像的主要技术 验结果选择成像精确的偏移速度。 表4 8各种偏移参数对成像精度的影响 倾角时间采样间隔t空间采样间隔) (深度步长ar速度 误差误差随t 增大倾角小于1 5 。时 随r 增大，速度 随倾而增大。频率越影响较小。倾角大误差增大，频 大，偏 角增 高，影响越大，频于1 5 。时，随倾角散增大，对高 移过 大丽 率低于2 0 h z 时影增加，误差十分明频频散影响较量，速 增大响可忽略。 显大。度低， 偏移不 。 4 1 4 叠前时间偏移技术 常规叠加处理两个假设条件： 第一，因为动校正是从水平层模型导出的，所以在进行动校正 时都假设反射波到达时距曲线满足水平层状这个条件。 第二，共中心点叠加剖面是零炮检距剖面。 叠后时间偏移算法的基本假设： c m p 叠加= 零炮检距剖面 只有一次反射波 各向同性介质 爆炸反射面 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章地震疑科耩确成像的主要技术 a 自激自收示意图 图4 - i l 叠加剖面与自激自收剖面的差别 但实际中c m p 叠加零炮梭距剖面( 图4 - 1 1 ) ，对于倾斜地层动校正叠 如难以满足共反射点叠加( 图4 1 2 ) ，难以满足实现自激自收! 图4 1 2c m p 道集示意图 中国f 1 油大学( 华东) 硕士论文第4 章地震资料精确成像的 要技术 在非均匀介质条件下，叠前时间偏移n m o + d m o + 叠后时间偏移。 叠前时间偏移流程如下： c m p 道集 i 目标线叠前时间偏移 i 反动校正 速度分析 i 叠前时间偏移 图4 1 3 叠前时间偏移流程 叠前时间偏移的作用：叠前偏移避开了霍后偏移严格的零炮检距的限 制，从而达到了两个目的：( 】) 实现了共反射点偏移归位，确保同相叠加， 实现叠前反演。( 2 ) 得到了更加准确的均方根速度场，构造空间位置更准确。 鼹据不同的地下地质情况，应采甩不同偏移方法，裹4 - 9 给出的是不同地 下地质情况所使用的偏移方法。对于复杂地震地质条件( 复杂构造和复杂 速度场分前i ) 下所采集的地震资料，必须使用叠前深度偏移。当然叠前偏 移技术会使运算量急剧增加： 叠前偏移计算量= 覆盖次数 叠后偏移计算量 中国i i 油大学( 华东) 硕士论文第4 章地震资料精确成像的上婪技术 表4 - 9地球介质模型与偏移方法关系 构造情况速度场情况偏移方法 简单简单叠后时间偏移 复杂简单叠前时间偏移 简单复杂叠后深度偏移 复杂复杂叠前深度偏移 4 2 深度域处理流程中的精确成像技术 常规时间处理( 成像) 通常在褶皱和陡倾角断层等地质条件复杂的地区 效果不佳。因此复杂地下构造通常要求做叠前深度偏移。它的优势在于能 够得到比较准确的速度场。 42 ，1 时间域处理速度分析方法的局限性 在地震资料处理过程中，地下介质的速度直是个非常关键的l 爿素， 它的准确与否直接影响着叠加及偏移成像的质量。尤其对了二中深层资料， 常规速度分析方法有着一定的局限性。 对丁 中深层地震信号，从运动学角度来讲，南予射线传播路径长，经 过多次的反射、透射，旅行时时距曲线已严重偏离双曲线规律( 地下构造 复杂时畸变更严重) ，从动力学角度来讲，地震予波经大地衰减及整形改造 作用后，频率及振幅信息畸变严重。对于这些特点，我们常规速度分析方 法的基于双曲线假设就很难成立，存在严重的偏离现象。 1 、水平层状地层的动校正 地球物理学家指出：对于水平层状介质，c m p 道集中的反射波旅 ? 时 t 与炮检距x 的关系为： 中国右油大学( 华东) 硕1 ：论文 第4 章地震资料精确成像的t 要技术 f ( 2 f ) = c 0 + c 1 茁2 + c2 工4 + c 3 x 6 + 其中c o 为自激自收时间的平方，c l 为近炮点动校正速度平方的倒数，0 2 ， c 3 是与地层厚度和层速度有关的复杂函数。 对于( 1 ) 式，只有当排列近似为小排列时，级数可简化成： r 丢，= r 南+ i x 2 ( 2 ) 由此可见，对于水平层状介质，当摊列近似为小排列时，n m o 动校诿 速度等于均方根速度。 2 、多层任意倾斜地层的动校正 h a b r a l 和k r e y 曾在1 9 8 0 年给出c m p 道集中的反射波旅行时t 与炮检 距x 的关系表达式为： f 二，瑙2 + 乏+ 高阶项 3 其中，v 2 。是与地层倾角有关的复杂函数。在小倾角和小排列假设下，n m o 速度符合双曲线特点，并由( 4 ) 式确定： ，2 = 2 + ，x 二2 。_ ( 4 ) 对于叠加速度而言，它是对c m p 道集做最佳叠加的速度，利用双曲线 形状确定出最佳叠加轨迹为： ，：。“= f o ) + 一 ( 5 ) v ee k 对比( 4 ) 、( 5 ) 动校正v 。与叠加速度v 。n c k ，只有在排列较小时方可 中国x i 油大学( 华东) 硕十论文 第4 章地震资料精确成像的主要技术 视为相等。当排列增大时，这两种速度问存在偏差，并且这种偏差随着排 列长度的增大而增大。这说明用常规的基于双曲线假设的动校正方法对于 求取中深层资料的速度，其精度变低。 4 2 2 叠前深度偏移方法原理 实现叠前深度偏移的方法是多种多样的。如有限差分泫、f - k 域方法等 等。本文所采用的叠前深度偏移技术采用了克希霍夫积分算法，它具有计 算效率高，成像角度不受限制的优点，其原理如下： 设地面上炮点为s ，检波点为g ，炮检距为h ，炮检中点为坐标系统原 点，炮检连线为x 轴，他原点向下为z 轴，波在地下介质中的传播速度为 v 。如果t 时刻在g 点接受到一个反射信号，则此反射点必然位于下式所描 述的椭圆轨迹上： c 抄1c 妙一c 争 ( 6 ) 换句话说，椭圆轨迹上的任何一点，都有可能成为反射点，而真正反 射点的成像，是要通过多次覆盖数据，许多个椭圆叠加来获得，这就是叠 前偏移的几何运动学的描述。 积分偏移的基础是波动方程克希霍夫积分解公式： 吣舭沪去出。肚胁m 弘0 f ) 老【弛幸业】( 7 ) 式中，u ( j ，y ，z ，f ) 是所求波场值，d s o 是地面上面元，r 是两点之间直线距 离，其表达式为： r = 【( x x o ) 2 + ( ，一y o ) 2 + ( z z o ) 2 】2 ( 8 ) “是波从地f 点( x ，y z ) 到地面点( x 0y 。，z 。) 沿射线路经的传播时问，其 表达式为： 中国_ i 油火学( 华东) 硕士论文 第d 章地震资料精确成像的土要技术 ，0 _ 蹬 ) b e r r y h i l l 导出了波场延拓的求和公式： ”( x ，z ，r ) = ：手f + u ( x o , z o , t + t o ) ( 1o ) 其中，b 是加权因子，f 是滤波因子。 对于叠前深度偏移，要同时将炮点和检波点向下延拓，根据成像条件， 可以得到用于实现叠前深度偏移的计算公式为： k 砖z ) = 軎履尾去b + r 咧x o , o , i s + l n ) ( 1 1 ) 式中，i m a g 。( x ，z ) 是偏移成像结果，z 是深度，。+ r 。是信号从震源反射回 到接受点所用的传播时间。 根据其算法原理，克希霍夫积分法叠前深度偏移过程由两部分组成， 一部分是反射波旅行时计算，另一部分是克希霍夫积分处理。反射波旅行 时计算的精度取决于深度一层速度模型的正确性。影响克希霍夫积分处理 的主要参数有两个，一是地震波场函数，亦即输入的共中心点道集( c m p ) 的质量。二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被改造成一定程度的相关 噪声，形成一些假的、短的同相轴。孔径太大，则引入空间假频等噪声， 同时也增加了不必要的计算工作量。孔径是根据地层最大倾角确定的。在 实际处理时，应依据理论值做不同孔径值得叠前深度偏移扫描，根据成像 效果判断最佳偏移孔径宽度。 从克希霍夫积分法原理特点来看，若想取得理想的叠前深度偏移效果， 则必须紧紧抓住速度分析这一关键，同时做好时间域地震资料叠前处理和 偏移孔径的优选。 中国7 i 油人学( 华东) 硕十论文 第4 章地震资