地震偏移成像技术回顾与展望

在简要回顾地震成像技术发展史的基础上,按照介质参数由少到多的顺序,分别对仅需纵波速度场的常规声波偏移,需纵、横波速度场的弹性波偏移,需纵、横波速度场和三个各向异性参数的各向异性偏移,以及除弹性参数场之外还增加黏滞性参数场的黏弹性波偏移等四类偏移方法及其相关的速度建模技术和计算机硬件技术进行了梳理,进而总结地震成像技术在构造解释、物性反演、振幅属性提取、井地联合属性分析以及采集参数设计等方面的应用.本文展望, 随着大数据时代和"云"时代的到来,地震成像将向基于弹性介质、各向异性介质、黏弹性介质的叠前深度偏移方向发展.     

多波深度域建模与成像一体化技术

在复杂油气藏勘探中,常规方法在处理多波数据时通常将纵波和转换横波分别做类纵波处理,忽略了地震波的弹性矢量波特征,并且成像精度严重依赖于波场分离的精度。针对这些问题,本文给出了解耦的高斯束弹性波波场反向延拓公式及多波成像公式以实现叠前深度偏移;然后建立了针对弹性多波建模的最小二乘反演方程,以实现基于高斯束角道集的反射层析建模。将深度偏移和反射层析联合在同一处理流程中,前者为后者提供建模角道集和成像质量监控,后者为前者提供成像速度场,两者交替迭代形成深度域建模与成像一体化技术。模型试算和实际资料处理结果验证了一体化技术的正确性和有效性。     

利用独立伽马场的反射波时间比例转换波叠前时间偏移

基于转换波时间比例的转换波叠前时间偏移方法不利于纵波和横波速度分析,也无法保证后续偏移成像的精度。对比分析了转换波和反射波时间比例表征的两种转换波叠前时间偏移方法,指出基于反射波时间比例的转换波叠前时间偏移方法可直接引用由反射波数据求取的纵波速度,将双平方根时间方程的求解简化为单独求取横波速度问题,有效地降低不确定性;在反射波时间比例的表征中引入独立伽马变量,给出利用独立伽马场的转换波叠前时间偏移方法,通过时间匹配求取介质纵横波平均速度比,消除炮检距、地层倾角等因素的影响,在此基础上迭代计算横波速度并更新纵波速度,得到具有明显物理意义的纵波速度、横波速度和介质纵横波平均速度比。实际数据应用表明,该方法具有更高的运算效率和更好的成像效果。     

基于行波分离的三维弹性波矢量场点积互相关成像条件

针对传统三维弹性波逆时偏移方法存在横波合成不准确的难题,提出基于行波分离的矢量波场点积互相关成像条件。首先利用传统波场分离方法获得标量纵波和矢量横波;再对波场分离得到的标量纵波求取梯度获得矢量势纵波,对矢量横波求取旋度得到矢量势横波;然后求取弹性波场的坡印廷矢量并据此对矢量势纵横波进行分解,分别得到上、下、左、右、前、后行波;最后将炮点分解得到的上、下、左、右、前、后矢量纵、横波分别与接收点分解得到的下、上、右、左、后、前矢量纵、横波对应做点积互相关,得到炮点纵波接收点纵波偏移剖面、炮点纵波接收点转换横波偏移剖面、炮点转换横波接收点纵波偏移剖面和炮点转换横波接收点转换横波偏移剖面。该成像方法理论上可以消除逆时偏移产生的低频噪声,且无需对转换横波偏移剖面做极性校正;模型算例证明了算法的准确性和有效性。     

VSP资料的叠前波动方程逆时偏移

从波动方程出发,利用有限差分法导出波场外推公式,由此可以进行波场正演计算和偏移。用 P 波方程编制的偏移程序 VSP MIG 既可用于地面资料的偏移,也可用于井中资料的偏移;既可用于 P 波偏移,也可用于 P-SV 波偏移,但需相应的变化速度模型。对于 P 波和 P-SV 波,偏移的成像时间也是完全一样的。分别偏移分离后的上行 P 波和上行 P-SV 波,可以得到纵波和横波两张偏移剖面,这样比纵、横波资料的联合一次偏移可以得到更多的信息。     

三维三分量VSP数据处理方法及效果

三维三分量VSP数据处理是一项系统工程。由于观测系统的特殊性，数据处理既不能借用常规的非零井源距多分量VSP数据处理方法，也不能采用目前地面地震多分量数据的处理方法。为此，本文针对三维三分量VSP数据的特点，在三维VSP速度分析、波场分离、纵波和转换波的三维深度成像等几个方面进行了研究，摸索出一套处理方法。通过对MB2003井区VSP数据的处理，得到了纵、横波速度体；通过三分量处理及基于拉冬变换和偏振分析的联合波场分离方法，有效地分离出上行纵波和转换波；根据速度反演结果，在深度域对纵波和转换波进行成像，分别得到两个成像数据体，且具有良好的对比性，有利于资料解释。其中转换波成像显示出更高的分辨率和信噪比，具有良好的应用前景。     

弹性波的叠前相移偏移

目前,弹性波成像仍处于研究阶段。本文根据声波相移偏移的思想,实现了弹性波资料的相移偏移。该方法先从单分量位移弹性波方程出发,导出基于位移场的相移偏移公式。然后,借助时-空域的纵、横波分离结果,实现了位移场的弹性波叠前相移偏移。另外,文中对互相关成像法和时间成像法进行了对比试验。试验结果表明,两种成像方法的效果相当,但时间成像法的效率较高。     

转换波速度估算和深度成像新方法——拟偏移距偏移法

深度成像已经成为P波数据的重要工具。从最近的研究来看，深度成像对转换波资料更为重要。叠前深度偏移虽然是最好的成像方法，但不足之处是要求有精确的初始速度模型，否则，深度偏移的结果还不如时间偏移好。Wang Weizhong和Long D.Pham等提出了一种转换波叠前成像和速度分析的新技术——拟偏移距偏移法（POM）。这种方法与等效偏移距法（EOM）不同的地方是对偏移距的定义不同。POM法可以更精确地计算初始速度，同时还可以简化转换波处理流程。     

共偏移距共方位角全数据体3D叠前深度偏移方法

通过对海上拖缆船采集资料的规则性和对称性研究，得到了一套有效的3D叠前深度偏移和速度模型建立的流程。将海上3D数据抽提成共偏移距共方位角数据集。运用高性能的频率——波数域速度沿垂直方向变化的叠前深度偏移方法进行初始偏移。也用初始叠前v（z）偏移代替叠前时间偏移做AVO，或者在没有受到强横向变化影响时的目标成像。用共偏移距共方位角v（x、y、z）计算后续的深度偏移。这种叠前深度偏移算法也是利用共偏移距共方位角数据集的规则性来减少内存和CPU的需求。偏移输出数据用于产生一组速度误差拾取值和沿分析面的加密网格作为3D层析的输入。灵活钧模型建立工具与3D层析技术匹配能够产生出地质上合理的速度模型。两个数据实例表明：这种方法在相对轻微的速度变化区域（正如所期望的那样）和速度变化复杂的情况下（如盐下成像）能够取得良好的结果。     

深度-射线域偏移速度分析

根据波场外推理论和共角度成像条件，给出了基于深度-射线域共成像道集的偏移速度分析方法。该方法采用速度扫描技术，以共成像点道集同相轴拉平，即成像质量最优为准则提取速度修正量，可以采取沿构造层位或道集深度2种方式进行交互式速度分析。用Marmousi模型对该速度分析方法进行了沿深度方向和沿层位的偏移速度分析测验，结果表明，用该方法提取的速度修正量与预设的偏移速度误差几乎一致。     

逆时偏移角道集构建及速度分析方法

速度模型精度问题已经成为制约逆时偏移实际应用效果的瓶颈,尤其是在复杂构造区,受制于目前积分法偏移速度分析固有的多路径问题缺陷,得到的成像道集质量和偏移速度模型精度往往难以满足逆时偏移的成像要求。基于此,开展逆时偏移角道集构建及速度分析方法的研究。首先,开展了波前矢量逆时偏移角度域共成像点道集构建方法的研究,该方法物理意义明确,计算效率较高。与传统偏移距域及炮域成像道集相比,逆时偏移角道集能够有效解决多路径问题,减少偏移假象,提高道集成像质量;其次,推导了新的纵波角度域速度更新公式,并且实现了逆时偏移角度域速度分析方法,模型数据的数值实验结果表明了该方法的正确性和有效性。     

共偏移距道集波动方程叠前深度偏移的Green函数法

在基于波动方程的偏移速度分析中，共偏移距道集数据的波动方程叠前深度偏移是十分重要的，因为它能提供地质上可解释的偏移图像（如不同偏移距的共成像点道集）。本文根据共偏多距道集数据的具体物理特性，采用Green函数法实现共偏移距道集数据的波动方程叠前深度偏移。在Green函数算子的具体构造中使用了稳定的Rytov近似计算慢度横向扰动引起的散射波场。用Marmousi模型数据进行了试验，结果表明共偏移距道集波动方程叠前深度偏移Green函数法的偏移结果不仅与常规的利用双平方根算子的共偏移距道集波动方程叠前深度偏移方法的结果相当，而且还能为偏移速度分析提供了不同偏移距的共成像点道集，对野外各种观测系统的适应性也很强。但本文的Green函数法的计算量较常规共偏移距波动方程叠前深度偏移法有明显增加。     

波动方程叠前深度偏移方法综述

:对波动方程叠前深度偏移的基本概念、实现方法进行了分类和阐述。波动方程叠前深度偏移方法主要分为2类：一类是单平方根方程偏移,在偏移过程中,上、下行波分别向下延拓,并通过互相关成像条件来提取成像值；另一类是基于“沉降观测”概念的双平方根偏移,在偏移过程中,炮点和检波点同时向下外推,当两者重合时（零偏移距）,零时间的波场值就作为该空间点的成像值。对共炮真振幅偏移进行了阐述,并指出也可以在角度域道集实现该算法。理论模型的处理效果证明，波动方程叠前深度偏移成像技术是解决强横向变速情况下复杂构造成像的一种有效手段。     

平面波偏移

对波动方程叠前深度偏移中的平面波方法进行了深入的剖析，指出了平面波偏移方法能提高偏移计算效率的原因所在，这也是前人未曾涉及的。给出了平面波偏移方法在共炮点道集和共偏移距道集数据上的应用以及效果评价。     

属性偏移辅助实现炮检距域共成像点道集计算

波动方程偏移的成像精度高于Kirchhoff类偏移,且对速度误差更敏感,故舍弃Kirchhoff深度偏移,针对波动方程炮检距域共成像点道集直接进行速度迭代,更具现实意义。为此提出一种基于属性偏移的计算策略,可实现高效的波动方程类偏移的炮检距域共成像点道集计算。通过对地表炮检距调制后的数据再偏移,将该偏移结果与原始数据偏移结果的比值作为各成像点的地表炮检距值;依此将偏移结果重排入所属炮检距段;逐炮依次计算并叠加,最终获得地表炮检距道集。上述两次偏移可纳入成像循环中同时计算,因此只增加了一次检波点波场的传播,计算量仅增加约30%。通过2D、3D模型及实际数据对比,验证了该计算方法的有效性。     

波动方程叠前深度偏移并行计算及其应用效果

简要介绍了波动方程叠前深度偏移技术的发展趋势，讨论了P道集波动方程速度分析技术，给出了共方位角波动方程叠前深度偏移方法的计算公式。利用以上技术和方法，借助国产神威I型机，完成了CB30地区130km2的三维地震资料的叠前深度偏移，实现了共方位角波动方程偏移算子的并行运算，并行效率达到98%以上。偏移结果表明，此方法能有效地改善地震数据的成像精度,适用于构造复杂地区。     

基于地质层位约束的2D波动方程偏移速度分析方法

叠前深度偏移和偏移速度分析是复杂构造成像处理中两个相互依赖且不可分离的过程。一方面,叠前深度偏移是使地下复杂构造精确成像的惟一途径,而叠前深度偏移需要一精确的速度模型;另一方面,因为叠前深度偏移对速度非常敏感,偏移后资料的剩余曲率提供了指示偏移速度正确与否的信息,可以作为偏移速度分析的工具。利用2D波动方程叠前深度偏移抽取共成像点的偏移距道集,通过分析共成像点道集的剩余时差与偏移速度误差之间的关系,给出了基于地质层位约束的迭代剖面偏移剩余速度分析方法,并用一个合成数据实例验证了该方法的有效性。     

弹性波逆时偏移的角度域共成像点道集提取方法

对于多分量地震勘探,由于介质中纵、横波的耦合作用,多波角道集存在能量串扰和低波数噪声干扰等问题。针对横波Poynting矢量构建过程中存在的应力串扰问题,基于解耦延拓方程及伪横波应力构建方法,对质点振动速度和应力进行解耦,实现了无能量串扰的纵波和横波Poynting矢量构建;在基于Poynting矢量提取PP波反射角和PS波反射角的基础上,提出了基于弹性逆时偏移的PP波和PS波角道集提取方法;针对PP波角度域共成像点道集存在的低波数噪声干扰问题,提出了角度域共成像点道集的角度衰减叠加策略,提高了偏移成像精度。应用模型数据验证了方法的正确性。