地震偏移

1、地 震 偏 移 成 像,西 南 石 油 大 學 2010年12月,地震勘探研究內容涉及：數據采集、處理與解釋,2,(Biondi, 2006),地震數據處理基本流程,Geometry Definition 觀測系統(tǒng)定義Trace Processing 地震道處理 3. Generation of Initial Velocity Model 初始速度模型建立4. M

2、odel Updates by Tomography 速度模型修改5. Final Full Volume Migration 偏移成像,3,一、偏移概述 1.偏移概念 2.偏移的作用與分類 3.偏移的基本問題 4.成像原理與實現方法 5.時間偏移與深度偏移 6.疊后偏移與疊前偏移 7.二維偏移與三維偏移二、應用及前景,4,地震偏移簡史,1921 – 在地震勘探過程中被初次應用19

3、20/40 – 基于理論方法的人工實現1960/70 – 出現數字化的波動方程偏移技術1970/90及現在 – 在石油工業(yè)界被廣泛采用,5,1.偏移概念,,地震偏移:,偏移: 由一個位置移到另一個位置的運動,6,?,1.偏移概念,,偏移現象,偏移方程,反射界面,記錄同相軸,象空間和地質(目標)空間的圖像不一致,7,1.偏移概念,,反射界面、反射同相軸、繞射點及繞射雙曲線的關系圖反射界面由許多單個的繞射點組成，各繞射雙曲線的漸近

4、線構成了反射同相軸,8,1.偏移概念,,地震偏移: 重排地震信息單元，使繞射波收斂、反射波歸位到真實的位置，從而直觀地展現地下構造的真實形態(tài),“The goal of migration is to make the stacked section appear similar to the geologic cross-section”

5、 Oz Yilmaz,偏移: 由一個位置移到另一個位置的運動,9,地震單炮記錄,水平疊加剖面,深度偏移剖面,疊前偏移,疊后偏移,10,2.偏移的作用與分類,,a. 提高地震資料分辨率（橫向）: 使斷點、尖滅點，地質體邊 緣、小異常體和地層、巖性變化部位清晰b. 使波場正確歸位: 消除界面彎曲、傾斜等造成的各種假象 （如回轉波等）c. 繞射波、傾斜界面反射波等的歸位:

6、 能使干涉帶分解，從 而提高地震記錄的信/噪比偏移是地震資料處理和解釋的基本方法和步驟,11,2.偏移的作用與分類,,設未經偏移的第一菲涅爾帶寬半徑為 R，偏移后第一菲涅爾帶寬半徑為 r，則式中 為地震波主波長， 為反射界面至地面的距離。偏移意味著 ，這時式中 為地震波速度， 為主頻。,第一菲涅爾帶半徑 R 與傳播距離 h 和波長 λ 的關系圖,地震勘探的橫向分辨率,12

7、,2.偏移的作用與分類,,y,R,x,r,R — 第一菲涅爾帶半徑 （未做偏移）r — 三維偏移后的第一菲涅爾帶半徑橢圓（長軸R，短軸r）為二維偏移的結果三維偏移使第一菲涅爾帶由大圓（半徑為R）變?yōu)樾A（半徑為r）,13,2.偏移的作用與分類,,混合域法（ω-X ，k-τ 等）上述各類方法的組合,,偏移的分類,二維偏移與三維偏移時間偏移與深度偏移疊后偏移與疊前偏移,,有限差分法頻率-波數域法（ Stolt 的

8、 F-K 法和 Gazdag 的相移法等）克希霍夫積分（求和）法,14,偏移方法與地質問題之間的關系,2.偏移的作用與分類,,15,,,,目前技術,,常規(guī)技術,,,水平層狀介質假設，均勻介質假設，各向同性假設，平緩地表,,水平層狀介質假設，各向同性假設，平緩地表,,均勻介質假設，各向同性假設,各向同性假設，起伏地表,地表？,,,,,,,,,,疊后深度偏移,疊前時間偏移,疊前深度偏移,波動疊前深 度偏 移,各向異性,疊后時間偏移,

9、,,2.偏移的作用與分類,,偏移技術發(fā)展歷程,16,3.偏移的基本問題,,深度圖像,,層速度模型,,深度模型,,,,,,深度偏移,地震表示,反演,正演,時間圖像,,RMS速度模型,,層狀模型,,,,,,時間偏移,地震表示,反演,正演,地質模型、速度模型與偏移成像的相互關系是不確定的，存在“為了求答案必須事先給出答案”的“死結”問題，通常采用迭代或逐步逼近的思路和方法。,時間偏移的基本模型,深度偏移的基本模型,17,3.偏移的基本問題,,

10、實際地震剖面（偏移后）,吻合程度,建立最終地質模型,地質模型建立,地震正演,地震偏移,地質模型調整,,,,,,,,,不吻合,吻合,,,,地質、測井、鉆井資料,,,地震正演和反演的聯合應用研究,地震正演與反演結合、多源信息綜合有利于儲層的確定性解釋和預測,18,,零偏移距剖面,深度剖面,地震剖面 (資料來自塔里木油田),速度模型,地震正演和反演的聯合應用研究,19,4.成像原理與實現方法,,偏移有兩個基本步驟：延拓與成像。延拓又稱

11、外推，是將地面記錄的波場值通過運算，換算到地下，好像是把觀測面布置在地下某一深度處所得到的記錄。若在地面（z=0）安放了一個激發(fā)點和一個接收點，兩者位置重合，接收到來自界面O點的反射波，當波的傳播速度V保持恒定時，射線為直線。反射記錄放在S的正下方A點處，旅行時間為,記錄位置A和反射點O之間的距離稱為偏移距。若將測線布置在地下z=z1處，為得到O點的反射，激發(fā)點和接收點必須放置在S’處，,此時波的旅行時 ，反射記

12、錄放在A’處，且 ，新的偏移距為OA’.隨著觀測面向地下深處移動，具有特征：（1）偏移距愈來愈?。唬?）旅行時間愈來愈短。當偏移距縮小為零，則實現偏移歸位,延拓與偏移的關系圖,20,4.成像原理與實現方法,,21,接收排列在深度上的延拓過程(Yilmaz, 1987),確定地下反射界面或繞射點的位置，需要利用成像原理。爆炸反射界面成像原理是最常用，最簡單的一種成像原理，是由 Leowenthal 最先提出。假定

13、在t=0 時刻，所有的地下反射界面同時起爆，發(fā)射上行波到達地面各觀測點，波的傳播速度為ve 。若利用波動方程式將地面測得的波場在深度上延拓，則t=0 時的波場值就正確地描述了地下反射界面的位置。 此成像原理適用于水平疊加的偏移處理。,4.成像原理與實現方法,,爆炸反射界面成像原理,(a),(b),反射界面模型. (a) 自激自收反射界面模型 (b) 爆炸反射界面模型,22,4.成像原理與實現方法,,爆炸反射界面成像原理,(c)

14、,(d),速度-深度模型 (c) 零偏移距響應（由垂直入射射線所得到）,(a),(b),(b) 水底爆炸反射界面數值模擬 (d) 等效于零偏移距剖面的時間剖面,23,(Yilmaz, 1987),4.成像原理與實現方法,,測線下延成像原理,測線SG 向下延拓，意味著激發(fā)點S 和接收點G 都向下移動，當測線下延到反射點所在深度時，使旅行時和炮檢距為零，即可獲得反射點A 的圖像。,設激發(fā)點S和接收點G布置在地面上，炮檢距為2h，在G

15、點接收到來自A點的反射波，若反射波傳播速度v為常數，則波的總旅行時為 。若將測線向下延拓到z1，這時G延至G’，S 延至S’，總旅行時為 ，新的炮檢距為2h’。顯然有 。若將測線進一步下延，直至到達反射點 A 時，波的旅行時間為零，炮檢距也為零。炮檢距2h和傳播時間t均為零即可作為成像標志，并稱為測線下延成像原理。此原理適用于有炮檢距的地震記錄。

16、,24,4.成像原理與實現方法,,時間一致性成像原理,時間一致性成像原理：反射界面存在于地下某地方，該處下行波D 的到達或產生與上行波U 的產生或到達在時間上是一致的。 在B 點因為無反射波產生故B 點不是反射點，它不能成像。在F點上，上行波U 的到達時間與下行波D 的產生時間相同，故F 點也是成像的反射點。同理C 點也是反射點。適用于一次波和多次波，可在t=0 時成象，也能在t＞0時成象。此原理適用于非零炮檢距地震記錄。,25

17、,4.成像原理與實現方法,,延拓過程: 波自S至R時間為ts，R至G為tg。設震源的下行波D為脈沖，G點反向傳播到深度z1的時間為tg1，則在z1深度上行波的時間應為ts + tg-tg1。此時上行波與下行波的時間不一致，因此該處不存在反射。在Z=Z2=ZR 處下行波與上行波的時間相等，按成像原理此處存在反射點。再向下傳至Z3，兩波在時間上又不相同。在不同深度水平上將上行波U和下行波D進行零延遲互相關運算，在Z=ZR處將會出現極大值，而

18、在其它深度互相關值很小。,時間一致性成像原理,延拓過程在時間域或深度域內完成,26,5.時間偏移與深度偏移,,（以150方程為例） 繞射項 + 薄透鏡項,27,6.疊后偏移與疊前偏移,,28,水平疊加剖面,疊后偏移結果,(Yilmaz, 1987),6.疊后偏移與疊前偏移,,29,疊前時間偏移成果,疊后時間偏移成果,(資料來自塔里木油田),a. 為什么要做疊前偏移 b. 為什么要做疊前時間偏移 c

19、. 如何做疊前時間偏移,6.疊后偏移與疊前偏移,,30,(1) 消除水平疊加過程中速度不正確的影響。提高偏移歸位和成像質 量。水平疊加剖面質量如果存在問題，再好的偏移方法也無力回天；(2) 消除水平疊加過程中的“傾角歧視”作用；提高橫向分辨率，使陡 傾角界面和斷面得以顯現；(3) 疊前偏移的中間結果可以有多種用途：流體分析、各向異性檢測； AVO、AVA、VVA、FVA分析等。,a.為什么要做疊前偏移,,31

20、,a.為什么要做疊前偏移,,疊前偏移中間結果的多種用途,對疊前道集做校正但不疊加，分析其剩余時差的分布和特征可獲得流體、各向異性信息。是屬性參數提取、解釋的基礎。,(Martin, 2002),32,b.為什么要做疊前時間偏移,,從理論上看,疊前深度偏移要優(yōu)于疊前時間偏移。做疊前時間偏移主要是從應用角度和偏移策略來考慮，因為：疊前深度偏移對速度模型的依賴程度高，若速度模型不正確，深度偏移效果比時間偏移的效果還差；2. 疊前深度偏移的

21、成本高，因為： a）要同時考慮繞射項和薄透鏡項，計算時間長； b）速度模型的調整要多次迭代，反復進行； c）若速度出現強的橫向變化，疊前深度偏移常采用有限差分法或頻率-波 數域法實現，但計算時間長。3. 克希霍夫求和法屬于時間偏移類，易處理起伏地形和三維偏移問題，且計 算效率高；4. 利用層替換和基準面延拓等技術也可用時間偏移處理強橫向速度變化問題。,33,c.如何做疊前時間偏移,,層替換與波

22、動方程基準面延拓技術 (Yilmaz)基本作用：層替換技術是將復雜的上覆地層對下伏目的層的影響消除的 一種解決橫向變速的偏移方法基本思路：用單一的速度層替換有強烈橫向速度變化的上覆地層，從而 使下伏目的層正確成像基本方法：使用波動方程基準面延拓技術實現層替換包括疊前、疊后層 替換并涉及層拉平、正演等技術

23、。最后只做疊后時間偏移即可。,34,若上覆地層有強的起伏界面，使得1. 出現強烈的橫向速 度變化；2. 射線彎曲。則應采用深度偏移技術。但也可用層替換+ 時間偏移來解決此問題,層替換技術,,35,(Yilmaz, 1987),層替換的基本思路,,將平界面 3 以上的含有起伏界面 2 的上覆地層用速度均一的地層代替，這就消除橫向速度的變化（圖b），再在圖b的基礎上做偏移（疊后時間偏移即可）,36,(Yilmaz, 1987),墨西哥

24、灣鹽體成像.(a)疊前時間偏移成像，顯示了高速鹽體對下伏低速沉積成像的影響;(b)疊前深度偏移成像,成像質量有很大提高.(Young,1999),37,6.疊后偏移與疊前偏移,,(a)疊前時間偏移 (b)3D模型 (c)疊前深度偏移 (來自CGG公司),38,6.疊后偏移與疊前偏移,,7.二維偏移與三維偏移,,2D 和 3D 關于平面外繞射點的成像,39,(Biondi, 2006),3

25、D 鹽丘模型的立體圖 (SEG/EAGE),7.二維偏移與三維偏移,,40,速度剖面,反射系數剖面,3D 鹽丘模型的Inline 200,7.二維偏移與三維偏移,,41,2D,3D,Inline 200 零偏移距剖面,7.二維偏移與三維偏移,,42,2D,3D,Inline 200 深度偏移剖面,7.二維偏移與三維偏移,,43,二、應用及前景 a. 偏移方法 1.圓法偏移 2.繞射偏移 3.相移法偏移

26、 4.克?；舴蚍e分法偏移 5.頻率-空間域疊后深度偏移 6.疊前炮記錄偏移 7.高斯束偏移 8.逆時偏移 9.各向異性疊前偏移 b. 存在問題 c. 前景,44,時間,1.圓法偏移,,圓法偏移原理.(a)未偏移零偏移距剖面上的一個非零采樣; (b)偏移剖面,脈沖變換到所有可能的反射位置,對常速介質而言，它是一個半圓. (Yilmaz,1987),輸入剖面的脈沖響應,45,2.繞射偏

27、移,,基于繞射求和的偏移原理。(a)均勻介質中只含有單個繞射點的理想速度剖面；(b)該速度模型相應的零偏移距地震響應，它是由單個繞射組成 (對該常速零偏移距二維例子而言，它是雙曲線)。克?；舴蚱蒲刂@射曲線對振幅作加權求和并將其求和值放在散射位置. (Yilmaz,1987),輸出剖面的脈沖響應,46,3.相移法偏移,,鹽丘速度模型 (據 SEG/EAGE),參考零偏移距剖面,相移法偏移深度剖面,47,4.克?；舴蚍e分法偏移,,用射線

28、追蹤技術計算出的波前面,48,(來自CGG公司),4.克?；舴蚍e分法偏移,,(a) 從記錄面到成像位置的傳播路徑(射線路徑)。雖然在地面位置與成像位置間可能存在有多條射線路徑，但大多數克?；舴蚱瞥绦騼H采用幾條(通常為一條)。(b) 從記錄面穿過中間點再到成像點的傳播路徑。這里有多條連接地面位置與成像點的路徑。波場延拓方法考慮所有這些傳播路徑，從而比克希霍夫偏移精度更高(引自Gray和May，1994),49,Marmousi2 局部剖

29、面成像對比a) 速度剖面; b) 合成深度域地震剖面; c) NMO 疊加; d) Kirchhoff 疊前時間偏移; e) Kirchhoff疊前深度偏移; f) 波場疊前深度偏移,(Martin, 2002),50,5.頻率-空間域疊后深度偏移,,理想偏移深度剖面,頻率-空間域深度偏移（80o）,51,F-X偏移,6.疊前炮記錄偏移,,炮記錄偏移,克希霍夫偏移,52,(Biondi, 2006),高斯射線束偏移成像中，單

30、個射線路徑對周圍區(qū)域的影響 (Hil1，1990),Marmousi數據集的高斯射線束偏移成像(Hill，2001),(a),(b),7.高斯束偏移,,53,8.逆時偏移,,深度剖面,(Baysal, 1983),零偏移距剖面,深度偏移結果,54,8.逆時偏移,,55,有限差分法 將有限差分技術應用到地震數據處理中的開創(chuàng)性工作是由美國斯坦福大學的 Claerbout 教授完成，并用泰勒級數展開取一階近似而得到15o方程．,當一個

31、函數和它的各階導數是變量的單值、有限、連續(xù)函數時，可用泰勒級數展開,一階向前差分：,一階向后差分：,SIGSBEE2A 模型偏移結果. 左邊: 炮記錄偏移; 右邊: 逆時偏移. (Karazincir, 2006),8.逆時偏移,,56,9.各向異性疊前偏移,,（a)各向同性疊前偏移成像，薄層下所出現的假構造是由于對逆掩薄層中存在的弱各向異性速度不正確處理所造成;(b)各向異性疊前偏移成像。(成像結果源于Veritas DGC公司，

32、模型數據源于BP公司),57,(a)Marmousi數據集有限差分偏移后的單炮記錄.偏移孔徑越大,偏移的計算成本就會相應增加.(b)所有偏移單炮記錄的疊加(Ehinger,1996),b.存在問題,,1.偏移孔徑,58,各種偏移方法對構造和速度變化的適應性,b.存在問題,,2.適應性,59,(來自CGG公司),若上下層的速度誤差均為20%，經深度偏移以后，速度低20%時，第一層的厚度減為720m,誤差為-20%。而速度高20%時，第一層

33、的厚度增為1380m，誤差為+53.3%。若采用時間偏移，引起的深度誤差則要?。〔斎簧疃绕频恼`差與上下地層的速度差異有關，差異大，誤差就越大。但就速度誤差對偏移結果的影響而言，深度偏移的誤差遠比時間偏移的大，即深度偏移對速度誤差更為敏感。,偏移對速度模型的誤差敏感性,(Pon,2005),b.存在問題,,3.誤差敏感性,60,偏移速度掃描結果（95%）,b.存在問題,,3.誤差敏感性,61,(來自CGG公司),偏移速度掃描結果（9

34、7%）,b.存在問題,,3.誤差敏感性,62,(來自CGG公司),偏移速度掃描結果（98%）,b.存在問題,,3.誤差敏感性,63,(來自CGG公司),偏移速度掃描結果（99%）,b.存在問題,,3.誤差敏感性,64,(來自CGG公司),偏移速度掃描結果（100%）,b.存在問題,,3.誤差敏感性,65,(來自CGG公司),偏移速度掃描結果（101%）,b.存在問題,,3.誤差敏感性,66,(來自CGG公司),YES,數據加載,,均方根

35、速度分析,,建立均方根速度場,,疊前時間偏移,,輸出CRP道集,,切除疊加,,輸出疊前時間偏移剖面,,,NO,剩余速度分析,,,,CRP道集拉平,,,靜校正,預處理,疊前去噪,反褶積,,,振幅補償,,,精細處理的疊前數據,,,,疊前時間偏移處理流程,存在問題,,4.速度建模,67,時間域構造解釋,計算初始層速度,時 深 轉 換,產生深度/層速度體,計算均方根速度,目標線PSDM,層析修正層速度,偏移孔徑試驗,,,,,,,,,計算剩余延遲

36、,,道集拉平?,,,,,,最終數據體偏移,,最后一層,,,輸出,N,Y,Y,,,N,至下一層,疊前深度偏移處理流程,存在問題,,4.速度建模,68,存在問題,,4.速度建模,69,2D、3D速度構造建模,(來自GOCAD軟件),3D Pre Stack Time Migration 三維疊前時間偏移3D Converted Wave PSTM 三維轉換波疊前時間偏移3D Kirchhoff PSDM (Fermat & Ei

37、konal Traveltimes) 三維克?；舴虔B前深度偏移（費馬，埃克納旅行時計算）3D Anisotropic PSDM (Fermat Traveltimes)三維各項異性疊前時間偏移3D Converted Wave PSDM (Fermat & Eikonal Traveltimes)三維轉換波疊前時間偏移3D Kirchhoff PSDM (Wavefront Traveltimes)三維克?；舴虔B前深度偏移

38、（波前重建旅行時計算）3D Anisotropic PSDM (Wavefront Traveltimes) 三維各項異性疊前時間偏移（波前重建旅行時計算）3D Converted Wave PSDM (Wavefront Traveltimes) 三維轉換波疊前時間偏移（波前重建旅行時計算）Wavelet Compression 子波壓縮3D Post Stack Time and Depth Migrations三維疊后時

39、間和深度偏移2D Pre Stack Time and Depth Migrations二維疊后時間和深度偏移2D Common Reflection Angle Migration二維共反射角偏移3D Common Reflection Angle Migration三維共反射角偏移3D Full Wave PSDM (Common Azimuth)三維全波疊前深度偏移（共方位角）3D Full Wave PSDM (Com

40、mon Shot) 三維全波疊前深度偏移（共炮域）3D Full Wave PSDM (Common Azimuth and Common Shot) 三維全波疊前深度偏移（共方位角和共炮域）,現有商用軟件具有的偏移模塊,現狀,,70,PC Cluster/Linux 處理系統(tǒng)計算性能不斷提高，從而降低了疊前偏移成本，縮短了計算時間。一些以前不能實現的偏移技術，如波動方程疊前偏移已逐漸生產化。,1、疊前處理項目周期:( 200 Km

41、2, 128 CPUs, 1人完成， 總周期120天) 時間域疊前道集處理: 36 天 總周期的30% 疊前時間偏移建模: 12 天 總周期的10% 疊前時間數據體偏移: 24 天 總周期的20% 疊前深度偏移建模: 24 天 總周期的20% 疊前深度數據體偏移: 24 天 總周期的20% 2、

42、波動方程偏移周期約為克?；舴蚱浦芷诘?倍,,現狀,71,過去，偏移是地震處理流程中的最后一步，其結果用于構造成圖?，F在，偏移成為處理步驟中的中間環(huán)節(jié)，為其它地震處理提供信息。偏移振幅可用于AVO分析以及其它的地震屬性分析。另外,從偏移速度分析中獲得的速度不僅檢驗地質模型的合理性，還可估計孔隙壓力等介質參數。偏移處理增強前期處理的交互信息量?，F在有一些處理正被用于增強以前被當作噪聲的信息，比如多次波或轉換波，也可進行偏移成像。隨著轉

43、換波應用的增加，全彈性波地震偏移中對各向異性的應用也在增加，可利用其速度信息預測巖石的裂隙方位。,前景,,72,參 考 文 獻,反射地震資料偏移處理與反演方法 賀振華 重慶大學出版社 1989地震成像技術有限差分法偏移 馬在田 1989Exploration Seismology. Sheriff R E and Geldart L P, 2nd ed, Cambridge University Press, 1995.