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论偏移成像
论文摘要
地震偏移成像技术是现代地震勘探数据处理的三大基本技术之一，主要包括射线偏移和波动方程偏移两大类，主要目的是实现反射界面的空间归为和恢复反射界面空间的波场特征、振幅变化和反射系数，提高地震空间分辨率和地震保真度。偏移技术具有地震勘探本身的特点，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，在本论文中主要介绍地震偏移成像技术的基本原理，地震剖面的偏移和叠加偏移，叠前部分偏移。时间偏移和深度偏移等方面来介绍。
正文
一、 偏移成像的基本原理
在水平叠加时间剖面上显示出来的反射点位置是沿地层下倾方向偏离了反射点的真实位置的，这种现象就称为偏移。
反射地震方法是根据在地面上以一定方式进行弹性波激发，并在地面的一定范围（孔径）内记录来自地下弹性分界面的反射波来研究地下地质岩层结构及其物性特征的一种方法。因此，也可以把它看作一种反散射问题。就反射地震观测方式的特点，它的成像问题要分作两步，第一步是按照一定的方式记录到达地面的反射波，第二步用计算机按一定的计算方法对观测数据进行处理，使之成为反映地下地质分层面位置及反射系数值的反射界面的像。而地震偏移技术就是在第二步过程使反射界面最佳地成像的一种技术。地震偏移可在叠前做也可在叠后做。叠前偏移是把共炮点道集记录或共偏移距道集记录中的反射波归位到产生它们的反射界面上并使绕射波收敛到产生它的绕射点上。在把反射波回投到反射界面上和绕射波收敛到绕射点上时要去掉传播过程的效应，如扩散与衰减等。最后得到能够反映界面反射系数特点的并正确归位了的地震波形剖面，即偏移剖面。叠后偏移是在水平叠加剖面的基础上进行的，针对水平叠加剖面上存在的倾斜反射层不能正确地归位和绕射波不能完全收敛的问题，采用了爆炸反射面的概念来实现倾斜反射层的正确归位和绕射波的完全收敛。地震偏移的部分类型见表1-1。

表1-1 偏移方法分类
类   型
论       述
叠加
解释人员总是想要的剖面。
时间偏移
适用于叠加剖面上有绕射波或构造倾角以及速度有垂向变化的情况；速度的横向变化不大时也能用。
深度偏移
用于叠加剖面上有构造倾角和强横向变速的情况。
叠前部分偏移
（PSPM）
叠后偏移适用于叠加剖面与零炮检距剖面等价的情况，但不适合具有不同叠加速度的地层倾角不一致或强横向变速的地区，叠前部分偏移(倾角时差(DMO)校正)能够为叠后偏移提供更好的叠加剖面，但叠前部分偏移只解决具有不同叠加速度的地层倾角不一致的问题。
叠前深度偏移
用于严重横向变速的情况，这时已无法作合适的叠加处理。
三维叠后深度偏移
用来解决与三维地下复杂构造有关的强横向变速问题。
三维叠前深度偏移
只要计算机机时允许，并且又能精确知道三维速度模型，这是人人乐于接受的处理方法。
为什么要做偏移呢？当地下地层是水平的或接近水平时，水平叠加剖面上反映的地层位置和形态符合或基本符合地层在地下的实际情况。但当地层是倾斜的或产状起伏变化很大时，水平叠加剖面上反映的地层位置和形态与实际情况会有偏离，甚至还会有很大的偏离。为了纠正这种偏离，就需要进行偏移处理。目前，偏移处理是恢复地下复杂构造、陡倾地层等的真实形态和准确位置的惟一有效的成像途径。为了适应地下各种复杂的地质条件，中国广大地球物理勘探工作者将数学、物理等领域中的成果应用到地震资料数字处理中，开发了数十种偏移处理方法，所有这些偏移方法的只有一个，就是要得到能真实反映地下情况的地震成果，提高勘探油气的精度和准确性。其中，叠前深度偏移方法是20世纪后10年发展起来的，它对于解决地下复杂构造的处理是一种极为有效的手段。目前，中国的偏移处理程序软件包几乎包括了世界上所有的偏移方法，这些方法可以在各种计算机机型上运行，是一个先进、有效、实用的软件包。中国的偏移处理技术水平居于偏移成像领域的前列，在国际上有很大影响。

二、 地震剖面的偏移
（一）水平叠加剖面
水平叠加剖面是进行地质解释使用最大量最广泛的基础资料，他可以大致反映地下构造形态，但是它也存在许多问题。
1 在界面倾斜的情况下，我们按照共中心点关系进行抽道集，动校正，水平叠加。但实际上是共中心点叠加而不是真正的共反射点叠加，反射点位置偏离了共中心点下方的铅垂线。这样就降低横向分辨能力。同时水平叠加剖面上也存在绕射波没有收敛，干涉带没有分解，回转波没有归位。
2 在地层水平的情况下，叠加剖面总是把界面上反射点的位置显示在地面共中心点下方的铅垂线上。水平叠加剖面的形成地震野外资料经过数字处理之后可以等到许多地震信息，这些地震信息的大多数都以时间剖面的形式显示出来。目前使用最广泛的时间剖面有两种：一种是水平叠加时间剖面，简称水平叠加剖面；二是叠加偏移时间剖面，简称叠偏剖面，这两种剖面既是地震构造解释的主要剖面，又是地震地层解释中不可缺少的资料，两种时间剖面中又与水平叠加剖面应用最广泛，也是最基础的剖面，叠后偏移剖面是将水平叠加剖面进行偏移归位后得到的剖面。
目前大多采用先对多次覆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进行一步作偏移，这种办法可以使工作量大大减小。
现在大量偏移的方法主要是针对第一种情况而进行的，它利用已经得到的水平叠加剖面资料作为原始资料进行各种偏移处理。因为所有资料已经进行了共中心点叠加。这类方法统称叠加偏移或称先叠后偏，叠后偏移。另一种办法则是从原始的野外资料开始，进行真正的偏移叠加这种方法称为偏移叠加，也有所谓叠前偏移，先偏后叠。
三、 叠加偏移
目前,常规的地震资料处理一般采用叠后时间偏移,它只能解决反射层归位和绕射波收敛,而不能解决倾斜界面的非共反射点叠加问题。而改进的方法是叠前部分偏移,它消除了地层倾角因素的影响,改善了CMP叠加效果。但DMO只是部分叠加,用DMO后的CMP道集做速度分析仍然受到速度分析点正下方周围倾斜反射层的影响,使速度分析结果受影响。因此,必须采用叠前偏移成像技术。要想获得较好的叠前时间偏移效果,相应的叠前时间偏移处理配套技术的研究必不可少。叠加偏移又称为叠后偏移，是对叠加后的地震记录做偏移。在地震资料处理中，在水平叠加的基础上，实现反射层的空间自动归位，用这种方法处理得到的地震剖面，就是叠加偏移剖面。目前大多采用先对多次覆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进行一步作偏移，这种办法可以使工作量大大减小。这类办法又称为叠后偏移。或是叠加偏移。
四、 叠前偏移
现在找石油的一个常用方法是“人工地震法”，就是用炸药震源引爆（俗称放炮）产生地震波，让地震波传到地下几千米的地层上，然后利用波的反射等特性，用地面接收仪器接收从地层反射回来的地震反射波。我们只要在地面上沿着某个确定方向，按一定的规则安排放炮点，并向前推进：放炮，接收，放炮，接收……反复如此，最终将这些接收到的地震反射波按一定的规则排列起来，就可以得到一张地下地层“图像”。将这些地震反射波记录存储在磁介质上，就成了所谓的“地震数据”如果简单地将“地震数据”按规则排列起来，所显示出的地层构造“图像”与地下的真实地层并不一样。这是由波的传播与接收规律所决定的。当地震波传到地下的地层反射回来，不同的地面接收点收到的信号就有不同的时间延迟。这就需要用数学物理的方法将其校正为真实状态。这个校正的过程就是所谓的“偏移”。通过“偏移”处理将地下的原来面貌恢复。在这个经过“偏移”后的新的“图像”上，专家才能接着做下一步的构造分析解释工作。从而判断出适于储油的有利构造，再通过钻机的实际钻探取样，最终找到石油。 其中，所谓“叠前”是说“叠加之前”；所谓“叠加”，是指地震资料在处理过程中的一种“压缩”手段。理想情况下，应该对地震数据先做“偏移”，然后再“叠加”，也即所谓的“叠前偏移”。但由于地震数据量非常巨大，而当初的计算机性能低下（地震成像技术也处于起步阶段），使人们不敢奢望在“叠前”就进行偏移成像处理。常规方法只能是：先“叠加”（使数据量下降，降低对计算机速度、存储量的要求，同时使有效信号加强），再“偏移
最理想的实现偏移的方法是用多次覆盖获得的原始资料，不作水平叠加，直接进行偏移叠加，这样既可以实现真正共反射点叠加，也实现了偏移。这类方法称为偏移叠加或叠前偏移。对上述的叠后偏移而言，所具于的理论是爆炸反射面的思想，即假定了水平叠加剖面等价于自激自收的零炮间距剖面，进而等价于在反射界面上同时爆炸产生地震波，并以半速度向外传播，在地面上观测到的上行波剖面。这种假定对水平层状地层是正确的，因为此时水平叠加得到的中心点剖面就是零炮检距剖面。但对倾斜地层来说，水平叠加得到的中心点剖面却不是零炮检距剖面，两者存在误差，并且这种误差随着地层倾角的增大而增大。当这种误差超出允许误差范围时，叠后偏移不再适用，为此必须做叠前偏移。同其他偏移方法一样，叠前偏移也需预知速度，它对速度误差的影响是敏感的，地层倾角越陡，这些影响就越严重。

1叠前部分偏移
叠前部分偏移可以获取保留全部倾角的未偏移剖面。
叠前部分偏移的流程：

野外数据
↓
水平NMO
↓
叠前部分偏移
↓
更好的叠加剖面
↓
零炮检距偏移
目前试验较多的叠前部分偏移方法是先进行倾角时差校正，再作共中心点叠加，最后作叠加偏移，为了说明这种方法的思路和有点，我总结了一下使用叠后偏移做法存在的问题。
1当界面倾斜时，不是真正共反射点叠加，降低了分辨能力。
2 也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。
3 共中心点叠加有倾角滤波作用。
4 在上述情况下，在速度谱上同一个时间的两个能量团会连一起，不好解释，降低了分辨能力。
为了解决叠后偏移存在的问题，特别是要能实现真正共反射点叠加和使叠加速度与界面倾角无关。所以通过进行倾角时差校正来实现叠前部分偏移的办法。
实现叠前部分偏移的具体办法很多，可以指出，进行叠前部分偏移所用的原始资料大多是等炮检距道集，或者是共炮点道集与共接受点道集，而不是用共中心点道集。
五、 时间偏移和深度偏移
时间偏移和深度偏移并不是以偏移后得到的结果是时间剖面还是深度剖面来区分的。深度偏移是针对前面谈到的各种偏移方法的根本缺陷而提出来的由地下一个绕射点产生的绕射曲线的极小点必然位于绕射点的正下方。因为由地下绕射点发出的绕射波射线中，有一条最短时间路径，它和地面是垂直的。
目前使用的时间偏移方法最重要的是基本假设是介质均匀或水平层状。在常规的时间偏移中，就是把绕射波时距曲线上的能量汇聚到的极小点上。对水平层状介质，成像射线与法向射线是重合的，所以成像位置是正确的。但在倾斜界面情况下，这两条射线就不再吻合了，绕射曲线的极小点并不在绕射点的正上方，产生了偏移偏差。射线的深度偏移方法，用来说明深度偏移概念是比较容易理解的，但是这种方法存在一些缺点。
1方法本身要求先进行常规偏移。即把绕射能量聚焦到绕射曲线的顶点。
2还要对层位进行人工解释和拾取。再进行成像射线追踪。
3 时间偏移和深度偏移的根本区别不是最终成果的输出形式，因为两者都可以输出垂直时间剖面或深度剖面。关键在于对速度函数的定义方式。
六、 偏移成像的综合效果
偏移剖面的最终效果是受各种因素制约：所用方程的精度、方法对速度模型的适应性和计算方法与参数。
1方法越准确，原则上讲应当越有好的偏移效果。
2 方法对速度模型的适应性越好，偏移效果越佳。
3计算方法与所用参数不同将对偏移效果产生不同的影响。
4 偏移方法的效果是能否推广使用的一个重要元素。

例如下图

第一幅偏移图像反映了预报区域的详细构造，第二幅移图反映了有突出构造差异的部分。从后者图像中可以看出来在掌子面前方 10 米左右区域中有构造带存在。
七、结论
通过对偏移成像的研究，对偏移成像处理积累了一定的经验，并有了以下初步的认识：
1、针对偏移成像处理所遇到的难题，研制、开发有效的处理方法是非常必要的，是搞好偏移成像处理的基础。
2、偏移成像处理是一项系统工程，做好偏移成像贯穿地震数据处理的整个过程。

参考文献
《勘探地球物理进展》1998年04期
《中国石化报》2006年5月
陆基孟．《地震勘探原理》 石油工业出版社，1984
李振春 张军华. 《地震数据处理方法》 中国石油大学出版社

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