处理三大基本手段之一偏移

1处理三大基本手段之一偏移论文摘要地震偏移技术是现代地震勘探数据处理的三大技术之一，它是在过去古典技术上发展起来的，其它两大技术都是从其它相关学科引进地震中来的。所以偏移技术具有地震勘探本身的特征。但是地震偏移方法本身由于使用计算机而引起了许多革命性的变化。这就使得它从研究简单的探测目标的几何图形进而发展成研究反射界面空间的波场特征，振幅变化和反射率等。实践证明对于解释工作者，正确理解时间剖面的偏移现象和有关的偏移归位的一些原理、概念等问题对地震资料的解释是十分重要的。下面简要介绍有关时间剖面的偏移现象，偏移迭加原理，偏移叠加、叠加偏移、叠前偏移、二维偏移和三维偏移基本概念论。正文第一层、时间剖面的偏移现象一、经过动校正的时间剖面虽然能直观地反映地下界面，但不能完全真实地反映地下的构造形态。由于时间剖面得到的是来自三维空间地震反射层的法线反射时间，而不是一个射线平面上来的。反射波到达每个测点的时间减一个相应的时差△t（正常时差），变为该点的垂直时间t0，这个、这个时间位于测点的正下方；因而记录点的位置与界面反射点的真实位置是有差别的。二、当界面水平时，对水平界面的原始记录经过动校正后，把波形画在爆炸点与接受点之间的一半位置，即共中心点位置的正下方，反射同相轴所反映的界面段位置与真实界面的空间位置是基本相符的。三、当界面倾斜时，实际上反射点并不在接收点的正下方。如图1--1所示，仍然按水平界面时的情况进行动校正和共中心点显示，水平位置在BE的倾斜界面段（图1-1a），在对应的水平迭加剖面上，同相轴水平位置却在AD处（图1-1b）,向下倾方向偏移。反射界面倾角越大，这种偏移现象越严重。(a)(b)图1—1倾斜界面同相轴向下倾方向偏移（a）界面段的水平位置是BE(b)水平叠加剖面上同相轴的水平位置是AD2图1-2水平迭加剖面与时间偏移剖面的比较（a）深度剖面;（b）水平迭加剖面四、图1-2说明了偏移现象的严重性。图中(a)是地层深度模型，（b）是水平迭加剖面。深度剖面上的T3、T5层分别在水平迭加剖面上是沿地层下倾方向向左偏移了360m和向右偏移T4水平层受上覆地层平均速度的影响，在迭加剖面上表现为略向右倾斜。第二层、偏移迭加原理一、偏移归位理论有射线原理和波动理论。实现偏移的方法有许多种，每种偏移方法包含着多种近似和限制。因此，一种方法对于一组资料可得到较好地偏移结果，而另一种方法对于另一组资料可能效果更佳，或同一种方法对不同的资料会有不同的效果。下面简要介绍射线偏移法的基本原理。二、按照现在通常采用的多次覆盖野外工作方法，各组激发点与接收点对称于它们的中心点M；在界面倾斜情况下，得到的并不是一组真正的共反射点道集（图2—1a）。如果把这些道当作界面水平的情况进行校正后作叠加，实际上并不是真正共反射点叠加，而是对地面的“共中心点”M点的叠加。因此，在界面倾斜情况下，如果要实现真正的共反射点叠加，则激发点与接收点的布置就应当根据界面的倾角、速度等参数设计一套相应的观测系统。如图（2—1b）所示，O1激发时，为了保证得到来自R点的反射，可以估算相应的观测点S1‘位置。当激发点位于界面下倾方向时，有：3MS1’=X–L=h/(2Lsinφ+h).L(a)(b)图2--1偏移叠加原理示意图(1)（ａ）倾斜界面时的共中心点道集；（ｂ）倾斜界面时的激发点接收点位置按这个距离来布置接收点SI。在实际生产中事先不知道h和ф，因而很难实现。设在同一测线上的许多点（O1,O2……OJ……OP）激发，每一炮又在许多点（SJ1,SJ2……Sji……Sjn）（下标中第一字母表示炮号，第二字母表示道号）接收。在界面段上任选一反射点M（图2--2），在排列足够长，接收点足够密的条件下，则在附近每一炮中总会有一道记录下M点的反射波信息。(b)图2--2偏移叠加原理示意图(2)（a)对每一炮总有一道记录下来自M的反射波(b)当覆盖次数是P时，总能找到P道满足以M点为共反射点条件三、如何找出每一炮中以M点为反射点的地震信息进行叠加，具体做法是对某一炮点Oi，根据M点的X、H坐标及相应的速度值V（H），计算地震波从O1经M点到SJ1接收点的旅行时tj1，按这个时间值在SJ1道上选取相应的振幅；再计算地震波从Oj经M点到SJ1的旅行时间，按这个时间值在SJ1道上选取相应的振幅值；……直到SJn.对每一炮的每一道都这样做。设覆盖次数是P，每炮有N道，则可选出N*P个振幅值，最后把它们加起来(求代数和)。这样做法尽管界面在M点处的倾角预先并不知道，但所有炮中满足以M点为共反射点条件的P个同相的振幅值，必然无遗漏地被选出来并叠加在一起，因而叠加结果会出现一个较大的数值（正或负值）。与此同时也把许多道不符合共反射点条件的随机振幅值值（共4有N×P-P个）也叠加到一起，叠加结果会互相抵销而接近于零。如果M点不是一个反射点，按上述方法从各炮选取的是不同相的随机振幅值，叠加结果不会出现较大的数值。这就是射线偏移法,又叫扫描法。四、以上是倾斜界面条件下实现真正共反射点叠加的方法。但是，这样叠加后得到的位置是否反映了反射点的真实位置，如图2--2所示，在Oj激发，在SJI接收到一个旅行时间为T的反射波。仅仅根据这一道上的反射波到达时间T，是无法确定反射点在地下的真实位置的。因为反射点的可能位置有很多，只要地震波从Oj到某一点再反射回SJI的旅行时间为T，则该点就可能是反射点。在均匀介质条件下，只要地震波从Oj到该点再反射回SJI的总路程为L（L=VT），则该点就可能是反射点。在解析几何中知道，如果平面内一个动点到两个定点的距离之和等于定长，那末，这个动点的轨迹就是一个椭圆。也就是说，与反射波T对应的反射点的可能位置，必然位于以Oj和SJI为焦点，以L／2为长半轴的椭圆上。五、在水平叠加时，不管界面倾角如何，动校正后的反射时间都一律画在Oj和SJI之间中点的正下方，这在界面水平时是正确的，当反射波是来自一段倾斜界面上的M点时，这种做法就错误地把M点画到M‘点的位置了（图2-3）。图2--3反射点位置的轨迹示意图进行偏移叠加，不仅能实现真正反射点叠加，也能同时正确地定出反射点的真实位置。因为用扫描法实现偏移叠加时，是对X－H平面按ΔX、Δh划分的方格网上（图1--12）每一点M（X、H）都进行计算的，只要划分得足够细，总可以在所要求的精度上反映反射点的全部可能位置。如果反射点的位置是在M点，只有当对M点进行计算时，才会在多次（P次）覆盖的每一炮都能找到一道以M点为共反射点的道，总共能取到P个同相的有效的振幅值，叠加后得到较大的数值。当对这个椭圆上的其它点（如M’，M’’……）进行计算时，虽然也能对Oj这一炮在SJI道上取到一个振幅值，但因为M’，M’’…不是真正的5反射点，因而在各炮中就不可能找到P个同相的振幅值，而只能找到P个不同相的随机振幅值，其叠加的结果应该接近于零。也就是说，对椭圆上的各点都用真正共反射点叠加办法计算后，只可能在反射点M（X，H）上出现大的数值。这就是偏移叠加能同时实现真正的共反射点叠加以及确定反射点的真实位置的简单原理。不难理解，偏移叠加也能使绕射波收敛到真正的绕射点位置上；能使回转波归位，恢复凹界面的真实形态；在进行偏移叠加时，还要进行参数选择，如速度、扫描范围的选择等。需要指出的这种偏移叠加技术存在的主要缺点是剖面上有“画弧”现象，深层尤其严重。因为偏移过程中，把一些强的干扰或者所谓“野值”（个别特大振幅值）扩散到一个圆弧上，由于它不是随机干扰，叠加时并不能抵销，因而产生画弧现象，这对解释深层资料不利。第三层、偏移叠加、叠加偏移和叠前偏移一、实现偏移最理想的办法是用多次覆盖的原始记录直接进行偏移叠加，这既可实现真正共反射点叠加，又实现了偏移。这类方法称为偏移叠加或叠前偏移。但这样做处理的数据量太大，成本高，在生产实际应用受到一定限制。目前大多采用叠后偏移或叠加偏移办法，即先对多次复盖资料进行水平叠加，得到相当于自激自收的水平叠加剖面，然后用水平叠加剖面再作偏移。这种办法可以使工作量大大减小。例如，对n次复盖剖面，工作量大约只是叠前偏移的1/n。二、其缺点是在界面倾斜的情况下：a.不是真正共反射点叠加，降低了分辨能力；b.不能提供真正的共反射点道集作为原始资料，供研究振幅随炮检距变化等问题使用；c.共中心点叠加有倾角滤波作用，当道集内存在两条倾角不同t0接近的同相轴时，只能选取一个V0(t0)进行动较正，这样只突出一条同相轴、必然压制另一条同相轴，叠加后再偏移，被压制的同相轴无法恢复；d.对于情况3，速度谱上同一个t0的两个能量团会连一起，不好解释，降低了分辨力。三、考虑到全偏移叠加工作量太大，又不能提供共反射点道集等可用于提取各种有关反射波参数的中间结果；而叠加偏移降低了剖面精度。最近几年提出了叠前部分偏移的方法，俗称叠前偏移。目前应用较多的叠前部分偏移方法是先进行倾角时差校正（DMO），再作共中心点叠加，最后作叠后偏移。四、倾角时差校正的基本思路就是把地震波旅行时中与倾角有关的时差校正掉，相当于得到一个水平界面的情况。每道都经过这样处理再进行叠加，这就比没有预先进行倾角时差校正叠加效果更好。不同倾角的同相轴都可以得到加强，实现真正的共反射点叠加。五、由于叠前全偏移用于生产仍受到一些客观条件的限制，而叠后偏移又不能在构造复杂地区取得好的地质效果。目前叠前部分偏移是介于上述两者之间一种较可取的方法，近几年在解决复杂地区构造问题，提高地震资料的质量取得较好的效果。6第四层、二维偏移和三维偏移一、地下地质体是一个三维的实体，要得到地下三维地质体的真实形态，必须进行三维面积观测和三维的偏移叠加。可以想像，真正的三维偏移工作量是十分巨大的。二、利用一条测线观测得到原始数据进行偏移处理，这只是一种二维偏移。这种二维偏移，只有在剖面上的全部信息都是来自过此剖面的垂直平面内时，才能取得好的偏移效果，即只有当地下构造是一个二维平面，测线垂直二维平面走向，在这种情况下得到的原始信息进行二维偏移才是正确的。地质体是一个三维体，沿一条测线得到的资料就可能包括来自几个不同射线平面的信息，在这样的剖面内进行偏移，只能对来自测线与其走向垂直的界面的信息进行偏移，其它“侧面”来的反射仍无法归位。三、严格地说要做到真正的全三维偏移，其工作量太大，成本太高，到目前为止，在实际生产工作中还很少使用。比较实用的做法是两步法三维偏移。两步法三维偏移的过程是先进行一个方向的二维偏移，即对每条测线进行二维偏移，把各条绕射双曲线的能量送到A、B、C、D等点上去；然后再垂直于这些测线的方向上抽道，组成一条测线，作二维偏移，把A、B、C、D的能量集中到P点。两次偏移结果近似等于三维偏移。四、一般来说，在常速介质中两步法三维偏移与全三维偏移效果是一致的，不产生任何误差。当介质速度变化时，两步法三维偏移将产生误差，这种误差随着速度变化强烈程度的增大而增大。这是进行三维资料解释时要注意的。五、理论上讲，在两条二维时间剖面交点处t0时间是相等的，剖面的交点可以闭合。由投影可知两条相交测线共反射点在其反射轨迹的相交位置上，但不一定在测线交点的正下方，界面倾角越大，二者偏离越远（图4-1）。在图1—13中测线AB和CD的交点O接收到的都是来自R点的反射(自激自收情况)，在这两条测线的水平叠加剖面上，分别把反射显示在0点正下方的P点、Q点，沿OP、OQ的旅行时都等于沿OR的旅行时，能够闭合。7图4—1界面倾角时，两条相交测线在交点处，二维偏移剖面不闭合的原因示意图六、对这两条测线进行二维偏移后，分别得到的视铅直深度是ON和OM，由于同一界面两个剖面上的视倾角可能不同，一般来说ON=/=OM，就可能不闭合。如果作全三维偏移，则在过O点的任何垂直剖面上，O点的真深度都是OG，就一定闭合。总结偏移是整个处理过程的最后环节，最后得出的偏移剖面就是解释人员所要解释的剖面，偏移一般情况下在叠加前做，叠前偏移的工作量计算量很大，精确度高，在2000年以前，计算机还没有那么先进，都选择叠后偏移，现在计算机可以计算多，速度快，