偏移成像技术

1、精选优质文档-倾情为你奉上1、 偏移技术分类【叠前/后偏移】可根据不同的标准对目前的地震偏移成像技术进行简单分类：按照所依据的理论基础，可以分为射、线类偏移成像和波动方程类偏移成像；根据输入数据类型，可以分为叠前偏移和叠后偏移；根据实现的时空域，可以分为时间偏移和深度偏移；按照维数，可以分为二维偏移以及三维偏移等；1.1叠前偏移使CSP道集记录或COF道集记录中的反射波归位，绕射波收敛。l 叠前偏移有椭圆切线法【手工方法，不适用】、Rockwell偏移叠加法【波前模糊法的拓展，计算量也很大】和Paturet-Tariel偏移叠加法【为了进行偏移，我们应当把 的曲线上的地震能量（即采样点振幅）送

2、到零炮检距绕射双曲线的顶点M上去叠加。这样, 把各个相同炮检距的剖面偏移后叠加在一起即得偏移叠加剖面】等1.2叠后偏移基于水平叠加剖面，采用爆炸反射面的概念实现倾斜反射层归位和绕射波收敛。l 叠后偏移有波前模糊法、绕射曲线叠加法【两种方法原理简单，都是基于惠更斯原理提出的，前者将一个道上的波场值送到各个道上去叠加输出道法，后者把各个道上的相应值取来在一道上叠加输入道法，但是计算量很大】2、偏移成像特点l 具有地震勘探本身的特征l 计算机使其研究由地震波运动学特征过度到地震波动力学特征l 提高地震空间分辨率和保真度l 偏移成像是使反射界面最佳成像的一种技术l 处理反射波，使之成为反映地下界面位置

3、和反射系数值的反射界面的像3、偏移成像原理图l 偏移过程定量分析【Chun and Jacewitz，1981】 3.1 偏移前后的图例4、偏移方法分类5、实际中应用的一些偏移算法5.1 Kirchhoff积分法【波场外推】适用条件：只满足均匀介质的情况。式中的u不再是推迟场，而是超前场。 ，l 详细解释见：PPT37页【地震偏移原理与方法】5.3 三种流行算法【建立在波动方程基础上】流行的三种算法都是建立在波动方程基础上，即Kirchhoff积分法，有限差分法和F-K法及其各种变形。这三种方法由于有相同的数理基础，因此它们的原理相同。同时，因计算方法不同，它们之间又有许多不同之处。下面讨论三

4、种方法对水平叠加地震剖面的偏移。5.3.1 频率-波数域波动方程偏移【叠前时间偏移】采用爆炸反射面的理论。为了成像，要求向地面以下反向外推地震波场。假定z轴垂直向下为正，测线沿x轴，则u(x,z,0)表示偏移后的真实剖面，而u(x,0,t)是未偏移的叠加剖面。在均匀各向同性完全弹性介质中，用半速度代替地震波传播速度，则标量波动方程变为（1.2.1）（1.2.2）对（1.2.1）式进行傅里叶变换并利用（1.2.2）式有：（1.2.3）其中正号代表上行波，负号是下行波。5.3.1.1 Stolt偏移法设为的二维傅里叶变换，对（1.2.1）式进行上述变换得到：将（1.2.3）式代入上式有：按上行波求

5、解，即取正值得：【根据微分方程求解可得】其中A与t无关。令t=0，上式变为： 从而，是待求的偏移剖面的傅里叶变换。 -完美分割线，重点来了-下面讨论用水平叠加剖面如何求出。对做傅里叶逆变换得：令z=0，上式变为： （1.2.4） 设水平叠加剖面的二维傅里叶变换为，则 （1.2.5） 其逆变换为： （1.2.6） 比较（1.2.4）与（1.2.6）有这样按上行波取正号并对微分得 （1.2.7） 对做二维傅里叶逆变换得到（1.2.8） 就是要求取的偏移剖面。5.3.1.2 Gazdag相移法【纵向速度可变】l 首先对标量波动方程的x和t做二维傅里叶变换得到：式中，接下来求解【根据微分方程求解】：（

6、1.2.10） ？能够适应深度方向速度变化的原因：（1.2.10）中包含了z和v，其中v可以取固定值，也可以表示成z的函数【此时，可以适应纵向速度变化的情形】。其中的可以直接对水平叠加剖面进行二维傅里叶变换得到。接下来将（1.2.10）公式变换到空间-时间域，并且取t = 0时刻的波场值为成像值：注意：标量波动方程是关于x,z,t的一个等式，因此只要两个自由变量，所以这是一个伪三维的函数，这样就可以已知两维求解三维表达式。操作流程如下：为了适应横向速度变化，Gazdag（1984）提出了相移插值域波动方程偏移，在一定程度上解决速度横向变化的问题。l 另一种求解方式，假设地下介质的速度只有垂向变

7、化，没有横向变化，并假设在 的深度间隔内波的传播速度保持不变。这样，在每个深度间隔内，F-K域标量波动方程上行波的解可以表示为：其中：对于探地雷达，应该有个4那么，当Zi =0时，就可以得到最初的【是的二维傅里叶变换】，之后就可以使用下面的计算过程了：关键点：只要已知和就可以得到下一个深度的波场，这一过程是递推进行的，从地面开始一直计算到偏移成像的最大深度。关键问题是：根据给定的速度函数来确定【可以理解为Zi-Zi-1?】，进而求出，并且每次递推的可以不同，就可以顺利完成递推了。特殊情况【考虑速度不变的情况】：那么就可以将第一个直接设置为想要观察深度的情况。5.3.2 三维频率-波数域波动方程

8、偏移采用爆炸反射面的理论。为了成像，要求向地面以下反向外推地震波场。假定z轴垂直向下为正，测线沿x轴，则u(x,y,z,0)表示偏移后的真实剖面，而u(x,y,0,t)是未偏移的叠加剖面。在均匀各向同性完全弹性介质中，用半速度代替地震波传播速度，则标量波动方程变为（1.2.1）（1.2.2）对（1.2.1）式进行傅里叶变换并利用（1.2.2）式有：（1.2.3）其中正号代表上行波，负号是下行波。l Stolt偏移法设为的三维傅里叶变换，对（1.2.1）式进行上述变换得到：将（1.2.3）式代入上式有：按上行波求解，即取正值得：【根据微分方程求解可得】其中A与t无关。令t=0，上式变为： 从而，

9、是待求的偏移剖面的傅里叶变换。 -完美分割线，重点来了-下面讨论用水平叠加剖面如何求出。对做傅里叶逆变换得：令z=0，上式变为： （1.2.4） 设水平叠加剖面的三维傅里叶变换为，则 （1.2.5） 其逆变换为： （1.2.6） 比较（1.2.4）与（1.2.6）有这样按上行波取正号并对微分得 （1.2.7） 对做三维傅里叶逆变换得到（1.2.8） 就是要求取的偏移剖面。6、时间偏移和深度偏移6.1 时间偏移【横向速度不变，收敛绕射波】时间偏移是假设横向介质速度不变，仅仅把绕射波收敛到绕射项顶点上的成像技术，在介质存在横向变速的情况下，时间偏移给出的变速层下反射界面的成像结果是畸变的。6.2

10、深度偏移【介质速度变化，收敛绕射波】深度偏移假设介质速度任意变化，把接收到的绕射波收敛到产生它的绕射点上，在任意介质分布情况下，深度偏移给出的地下反射界面的偏移结果都是正确的。6.3 两者区别在横向速度不变的情况下，绕射时距曲线的顶点与地下绕射点具有相同的横向坐标点。但当速度横向变化时，横向变速层下的绕射点对应的绕射时距曲线的顶点与地下绕射点不具有相同的横向坐标位置，绕射顶点的横向坐标位置向倾斜速度分界面的上倾方向偏移，偏移量的大小与横向速度变化量有关。7、射线类偏移成像和波动方程类偏移成像两者都是以波动方程为理论基础的，前者利用几何射线理论计算波场的振幅以及相位信息，从而实现波场的延拓成像；

11、后者则是基于波动方程的数值解法。7.1 射线类偏移成像利用几何射线理论计算波场的振幅以及相位信息，从而实现波场的延拓成像。具有较高的计算效率与灵活性。可以分为Kirchhoff偏移和束偏移等。l Kirchhoff偏移源于20世纪60年代的绕射扫描叠加方法，利用波动方程的Kirchhoff积分解来实现地震波场的反向传播及成像。并因其灵活、高效的特点，在西方工业界得到了广泛应用。8、Gazdag相移法的横向速度问题8.1 问题解决方式【PSPI】Gazdag提出了相移加插值（PSPI）的波场延拓方法，近似地实现了速度在纵、横两个方向变化时的波场延拓。8.2 基本思想【基于声学波动方程的偏移速度误

12、差分析_杨俊】8.3 参考速度的选择参考速度比值不超过1.5倍，否则需要参考速度数目增多。9、逆时偏移9.1 逆时偏移思想基础空间发生的事件完全依赖于时间，虽然物理上时间是不可逆的，但在数学上波动方程在时间上是可逆的。这就意味着波的现象既可沿着时间前进的方向来观察事件发生的过程，也可以反过来沿着时间倒退的方向来观察同样空间里事件的发生过程。9.2 逆时偏移的好处逆时偏移则是在时间轴上实现外推的，而且波动理论偏移方法基于全波方程。逆时偏移实际上可以看作是反时间方向的正演模拟过程。由于使用全波方程，逆时偏移不存在倾角限制问题，而且可以适用于速度任意变化的模型，可以同时处理介质的纵横向变速，棱柱波、

13、反射透射波、回转波以及多次波等震相，这是传统的单程波偏移方法难以做到的。9.3 与常规偏移的不同点逆时偏移则是在时间轴上实现外推的，常规偏移方法在深度方向实现外推，这要求选择外推的波场是上行波场还是下行波场。基于以上思想，逆时外推不在深度方向进行，而是通过在时间方向的外推来求解声波或弹性波方程。这时己知的条件是在接收点记录到的波场值，对二维地面地震来说，记录到的波场值为 P(x,z=0,t)；同时，假设 t>T（T 为接收点记录的最大记录时间）时，P(x,z,t)=0，也就是最后剖面的波场值都为0。具体过程以 t=T 时刻波场情况为初始值，向时间减小的方向外推，以一个时间步长t 为间隔地

14、逐时间层计算t t 上的各点（x，z）的波场。一直到计算出 t=0 时刻的各点波场为止。并且通过整个逆时外推过程后，我们得到波场关于水平位置、时间和深度的三维数据体 P(x ,z ,t)，反映了地面接收记录最大时刻 T 内的各个时刻地下波场信息。下图为PPT上的对比解释：9.4 全波动方程逆时偏移原理逆时偏移主要由逆时延拓和波场成像两个部分组成。由于逆时偏移过程会引入噪音，因此在成像结果基础上必须进行去噪处理。对于逆时偏移来说就是成像点位于震源波场外推与接收波场外推时间相一致之处。9.5 叠前逆时偏移实现叠前逆时偏移的工作就是对波场进行延拓和成像分析，具体分三个阶段：l 正演计算：首先要完成一

15、次波动方程正演计算，计算由震源激发的振动沿时间轴正向传播的波场，并保存每一时间步的波场信息。l 逆时外推：根据地震记录沿时间轴反向外推波场，存每一时间步的波场信息。l 成像：分别读取保存的同一时刻的震源波场和外推记录波场，利用成像条件做成像运算，完成单炮偏移，最后叠加完成整个偏移过程。重要结论1、偏移成像的分辨率极限对同样大小的孔径，在炮点和检波点分布在固定区域的情形下，三维叠后偏移成像的分辨率是三维叠前偏移成像的两倍。并且叠前偏移成像与叠后偏移成像相比具有较好的动态成像范围，并且动态成像范围随着记录孔径宽度的增加而增大。1.1 空间分辨率与动态范围【偏移成像后的概念】一般来说，点散射体的偏移

16、成像在水平面由一个被很多副瓣包围的主瓣组成，主瓣近似认为点散射体的偏移成像，而副瓣是由于有限孔径大小、有限震源带宽、波场离散空间采样所造成的偏移假象。l 空间分辨率偏移成像的空间分辨率由主瓣宽度决定，主瓣越窄越好l 动态范围动态范围由主瓣振幅和最大副瓣振幅之间的比值确定，比值越大越好。考虑两个带有不同反射系数的临近的点散射体。一个散射体的主瓣振幅也许要比另一个点散射体的副瓣振幅小很多，此时，两个点散射体的偏移就不能彼此分开。l 横向分辨率【这里采用瑞利分辨准则给出的分辨率定义】l 二维叠后偏移和叠前对比图两者分辨率一致，但是叠前动态范围大，所以效果更好。l 三维偏移对比2、偏移对垂直分辨率影响

17、子波宽度：从零相位开始到子波振幅最终衰减到10-6时为子波的宽度。偏移成像中，偏移过程对地震子波具有拉伸作用，拉伸程度和地层倾角、反射角和地震波速度有关。小倾角和小反射角对垂直分辨率影响不大，但是大倾角和大反射角对子波拉伸严重。高主频子波对三个参数具有较低敏感度。所以建议使用高频子波。2.1 地层倾角对垂直分辨率影响地层倾角同样会影响垂直分辨率。对大倾角地层探测时，应该使用高主频的震源，一方面高主频子波自身的分辨率高，另一方面就是它对大倾角地层的敏感度低。2.2 地震波速度和垂直分辨率的关系子波宽度是地震波速度的线性函数，且低主频比高主频有较大斜率。说明低主频较敏感。这里对线性关系的理解：由于

18、深度偏移就是将时间域中的信号偏移到深度域，将子波从用时间表示转到用距离表示，最简单的情况，水平层状均匀介质中就是时深转换，所以在研究垂直分辨率时，子波宽度是速度的线性函数。2.3 反射角对垂直分辨率的影响拉伸因子是反射角的余弦函数，所以对子波有拉伸作用。一般而言，炮检距越大，反射角也越大，所以可以认为炮检距对垂直分辨率产生影响。在相同倾角和炮检距下，地层越深反射角越小，子波拉伸越小，垂直分辨率越好。3、水平叠加技术【针对CMP，用于水平界面】水平叠加针对于共反射点道集【也称为共中心点道集CMP、共深度点道集CDP，在倾角不大时，可以认为CMP就是共反射点】的情况，但是首先要进行动态校正。动态校

19、正【根据传播速度进行校正，不同速度校正效果不同】后，效果如下：速度分析：所以在探测水平层时，可以使用CMP进行速度分析【只有刚好时，同相轴才能水平】。3.1 水平叠加进行动态校正后，属于同一次反射层的一次反射波的到达时间都相当于共中心点的自激自发时间，彼此之间不存在相位差。所以叠加后振幅是原记录的N倍，并且叠加相位移为0。而多次波由于视速度比相同T0时间的一次波速度低，因此用一次波的速度进行校正后，多次波存在剩余时差【相当于校正时的速度不准，导致多次波峰值不在同一平面上】，所以多次波叠加后振幅相对减弱。水平叠加就是利用动校正后规则干扰波存在剩余时差来压制规则干扰波（主要是多次波），而对于随机干

20、扰，是利用多道记录的统计特性来压制的(叠加后振幅增强倍,信噪比提高N倍)。总的来说，水平叠加能压制干扰波，突出有效波，从而提高记录的信噪比。在<地震勘探>课程中对利用多次覆盖水平叠加技术压制多次波有一要求：剩余时差delta（t）=T/4T/2时压制效果最好，如delta（t）过小，虽不是完全同相叠加，但是大部同相，叠加后多次波的振幅也会增强，从而达不到我们压制多次波的目的了。3.2 存在的问题l 倾角问题：不过应注意的是，这里假定地下介质为水平层状介质，当反射界面倾斜时，共深度点道集中各道同一时间的反射信号并不是来自地下同一反射点，而是反射点沿界面倾向方向上发散。这样根据准确的速

21、度进行动校正后，一次波也会存在相位差，同样也会受到压制。因此水平叠加只有在地层倾角较小时才能得到好的效果。l 自适应加权水平叠加法另一方面，我们在所有的原理阐述中都是假设：CDP道集内各道反射信号相同，仅存在由炮检距引起的正常时差，经动校正后,同相叠加，振幅加强。但在实际生产中道集内各道的反射信号并不完全相同，动校正后不可能完全成N倍增强。鉴于这些情况，常规水平叠加对压制多次波就有点无能为力了，必须借助于其它叠加方法来压制干扰波。因此人们提出自适应加权水平叠加法。3.3 自适应加权水平叠加l 基本思想我们知道，当反射界面近于水平时，CDP道集内各道中的反射信号都是来自地下同一反射点的信息，因此

22、对有效信号来说，它们彼此是相关的(即来自地下同一反射点的不同道的反射波波形彼此是相似的)，而对于干扰波来说，同一CDP道集中的各道之间是互不相关的(彼此不相似)。正是利用这一点，CDP道集内有效波彼此相关，干扰波彼此不相关，我们可以构造一个加权系数，然后对各道进行加权叠加。l 定义根据CDP道集内波形本身的相似性自动调节加权系数大小的加权叠加方法自适应加权水平叠加。l 实现【其中的相关时窗、平滑时窗都可以调节】（1） 构造标准道：将动校正后经过常规水平叠加后的结果道作为标准道。（2） 求取加权系数：可以得到对权值的要求【相关时窗宽度为T，T=有效波的延续长度。】：逐渐修改t的值，就可以得到完整

23、的权值Wj（t）。（3） 平滑权系数：直接确定的权系数有跳跃的现象,在个别地方还会出现负值,这将使加权后的记录道失真,这是我们所不希望的。为什么会出现跳跃呢?主要是由于干扰波、剩余静校正量及地层存在倾斜等因素,使CDP道集中各道的反射波并不完全相关,致使时窗内互相关不稳定,出现跳跃。对此我们需对权系数进行平滑处理,使各道wj(t)是一条光滑的曲线。平滑过程中时窗选择：加权叠加实际生产中应根据wj(t) 本身的情况而定,如波动厉害, T´就取短些，反之则可以长一些,但最长不能超过T。在实际处理中，为了获得更为理想的效果，有时侯可反复进行多次自适应加权叠加处理，使结果剖面更为理想，这里以

24、两次迭代为例说明：l 使用条件另外应注意：自适应加权水平叠加方法对低信噪比资料不适合，这种情况下，宁可只做常规水平叠加。4、叠前偏移和叠后偏移的区别地震道叠加分为叠后和叠前【在极简单构造情况下，叠后与叠前成像差别不大】。l 叠后是对各地共中心点道集 (CMP)叠加后再做偏移，对于水平地层而言，叠后反应的反射点就是实际的地层反射点，然而对于倾斜地层而言，叠后则会发生偏移，不能确却的反应地层反射点l 叠前正好去除了这些缺点，先对提供的共中心点(CMP)道集进行偏移，让其反应出地层反射点，抽出其共反射点(CRP)道集，得到真正的来自地下同一点的道集信息，再对共反射点（CRP）道集进行叠加，精确度更高

25、。叠前数据包含更多的信息，部分信息会在叠加的过程中丢失，所以一般叠前偏移的性能要好于叠后偏移。l 对于叠后偏移，由于其基于爆炸反射面模型，震源位于反射面上，因此只需要将接收波场外推至 t=0 时刻即可得到相应的偏移剖面（零时刻成像原理）。 l 对于叠前偏移，则需同时进行震源波场顺时外推与接收波场的逆时外推。在 ts=tr 时刻,运用合适的成像条件（一般为互相关条件）成像，将每炮结果叠加，最终得到地下反射界面的空间位置。4.1 叠前偏移的好处叠前偏移方法从理论上取消了输人数据为零炮检距的假设，避免了NMO校正叠加所产生的畸变，比起叠后时间偏移保存了更多的叠前地震信息。叠前偏移后的叠加是共反射点反

26、射波的叠加，依据的模型是任意的非水平层状介质，因此叠前偏移的图像比叠后偏移在空间位置上更准确。加上近几年来叠前时间偏移技术迅速发展成熟，基本替代了传统的叠后时间偏移处理。理论上说叠前深度偏移是适应复杂地质情况的四种方法中最好的成像方法。但因其对速度精度要求太高而现有的建模技术难以达到要求，还有为完成叠前深度偏移的计算工作量、消耗的资源特别大，制约了其推广发展应用。但是在研究低信噪比地区的速度问题时，需要特别地考虑，此时，较高质量的零偏移距剖面或叠加剖面的生成是一个关键问题4.2 叠前偏移去噪的必要性叠前去噪：在高保真的前提下，有效去除噪音和干扰是提高数据信噪比、提高处理分辨率、保证叠前偏移处理

27、方法取得成功的基础。如果使用叠后偏移，则在偏移处理前，进行叠加处理后会提高信噪比和压制多次波。而叠前处理的一个缺陷就在于此，所以叠前去噪是很有必要的。针对工区内可能存在的尖脉冲、野值、多次波、50Hz 干扰、随机干扰、高频噪声干扰及次生干扰等噪音，采用多种去噪手段，综合的信号加强方法对这些噪音进行消除和衰减处理，更好地提高了数据的信噪比，为叠前偏移奠定良好的基础数据。4.3 叠后偏移适用场景【水平层介质、速度变化不大】叠后偏移是在水平叠加之后的自激自收数据基础上进行偏移处理，以水平层状均匀介质假设为前提。当地下构造复杂时【比如存在大的倾角时】，多次覆盖的共中心点道集信号并非来自地下的同点反射，

28、此时采用简单的叠加技术就会出现问题。因此，在这种情况下水平叠加，非但不能起到提高资料信噪比和获得自激自收记录的作用，反而破坏了有效反射，降低了信噪比。所以在一般水平层状介质，速度变化不大的情况下，叠后偏移还可以用。叠后偏移可以处理低信噪比数据，适用于水平层状介质或者小倾角地层。4.4 叠前偏移适用场景【倾角较大，速度横向有较大变化】在构造复杂、速度横向有较大变化的情况下，要首先考虑使用叠前偏移，因为它使用了共反射点叠加，考虑了速度的横向变化。叠前偏移能够解决倾角不一致地层的成像问题，但是在数据信噪比较低的情况下可能会出现成像效果较差的现象。5、深度偏移和时间偏移【横向速度变化引起的不规律折射作

29、用】时间偏移和深度偏移的主要区别在于处理横向速度变化的方式不同。两者的根本区别可以用绕射求和偏移来描述，在绕射求和偏移中，沿绕射双曲线对数据求和，把求和结果放在该双曲线的顶点上，这个过程两者处理方式不同。l 时间偏移时间偏移绕射双曲线求和中用的速度是双曲线上每个点的均方根速度，并假设绕射双曲线如下所示其中：是绕射双曲线的顶点所对应的时间；是绕射双曲线顶点的横坐标。 l 深度偏移深度偏移不依赖任何双曲线假设，采用的是层速度模型，从绕射点到地面通过射线追踪精确计算每个点的绕射曲线，然后沿着该曲线对数据求和，把求和结果放在该绕射点上。根据射线路径进行绕射求和：从射线路径可以得到从反射点到接收点的路径长度，那么就可以在探地雷达图像上确定反射点在接收点下方的位置，将其对应的场值加到反射点上面即可【但是当纵向速度发生变化时，射线不也应该是折线吗？】。当速度横向变化时,深度偏移可以提供更