起伏地表條件下的疊前深偏移

1、第六章 起伏地表條件下的地震成像§6.1 概 述疊前深度偏移與山地等起伏地表資料處理技術(shù)，已受到人們的高度重視，特別是地質(zhì)家們，對疊前深度偏移技術(shù)寄予了較高的期望，希望通過疊前深度偏移處理解決他們所要解決的各種地質(zhì)問題。疊前深度偏移技術(shù)究竟要解決什么問題呢？回答比較簡單：是要解決上覆地層速度橫向變化劇烈時下伏地層界面反射如何正確偏移成像的問題。因為在這種情況下，運用時間偏移成像技術(shù)是不能正確成像的。要作好疊前深度偏移，達(dá)到預(yù)想的效果，就必須解決好以下幾個問題：（1）基準(zhǔn)面問題?，F(xiàn)有的偏移程序，大都建立在激發(fā)點和接收點位于同一個水平面上，這與我們需要進(jìn)行疊前深度偏移處理地區(qū)的實際觀測條

2、件不相符合。過去我們用靜校正技術(shù)來解決這個問題，從波場延拓角度上來說，靜校正使波場產(chǎn)生了畸變，再深度偏移時就會生成一系列的誤差，嚴(yán)重影響深度偏移的效果。當(dāng)前，深度偏移效果明顯的地方是墨西哥灣海上資料，在那里不存在偏移基準(zhǔn)面不符合的問題。對于陸上資料，而且是山地等起伏地表資料，這個問題就比較嚴(yán)重，必需想辦法解決好這個問題。（2）靜校正問題。疊前深度偏移也是一個疊加的過程，從運動學(xué)的概念上來講，偏移是把每一個信息按照一定的軌跡疊加到各個點上去。我們在計算軌跡時是不考慮靜校正量的，當(dāng)存在靜校正量時，偏移軌跡就混亂了，達(dá)不到疊加的效果，也就不能實現(xiàn)正確的偏移成像。要作好疊前深度偏移,首先必需解決好靜校

3、正問題。由于山地等起伏地形和近地表速度變化對成像影響很大，傳統(tǒng)的校正方式是將觀測面校正到一個平滑后的浮動基準(zhǔn)面上，但由于山地等復(fù)雜地表高程起伏大，基準(zhǔn)面校正時差較大，引起波場較大的畸變，同時近地表速度模型對實際地下介質(zhì)速度的改造也較大，使波場產(chǎn)生較大的畸變，不符合波場傳播的規(guī)律。因此從起伏觀測面上直接進(jìn)行疊前深度偏移還是被人們接受了。要實現(xiàn)從起伏觀測面直接進(jìn)行深度偏移，必須首先用射線追蹤或?qū)游龀上穹ǚ囱莩鼋乇硭俣?，再進(jìn)一步利用這種速度作深度偏移，替代的一種方法是先用近地表速度做波場延拓，轉(zhuǎn)化到一個平滑的基準(zhǔn)面，再用現(xiàn)有的方法作深度偏移。目前，國內(nèi)外都在極力研究這個問題。準(zhǔn)確的方法是先用初至層

4、析法求出近地表速度，建立起近地表速度模型，將此速度模型合并到整個的總模型中，從起伏觀測面直接進(jìn)行深度偏移。在做偏移處理時，一般要求偏移基準(zhǔn)面是水平的，且偏移的零點應(yīng)在激發(fā)和接收的地表。在高差較大的復(fù)雜地區(qū)，很難同時滿足這些要求，為了解決這些問題，錢榮鈞在復(fù)雜地表區(qū)偏移基準(zhǔn)面問題研究一文中提出以近地表斜面或圓滑面為偏移參考面的處理方法，然后在資料解釋時再進(jìn)行基準(zhǔn)面轉(zhuǎn)換，把以近地表斜面為參考面的資料轉(zhuǎn)換為某一水平面為基準(zhǔn)面的資料。地表高差較大地區(qū)偏移基準(zhǔn)面的選取問題一直是影響偏移處理效果的重要原因。長期以來，不少人對這一問題作了研究，并提出一些解決辦法。主要的方法有：靜校正法、零速度層法和波場延拓

5、法。靜校正法是用靜校正時移的方法把地震資料校正到一個水平基準(zhǔn)面上。由于只做了垂直方向的時移，沒有考慮波的傳播方向，因此改變了原時間剖面上繞射波的雙曲線性質(zhì)，偏移后收斂較差。由于該方法僅滿足基準(zhǔn)面水平的條件，而沒有考慮偏移原點應(yīng)在地表這一因素，故這種方法是近似的，只能在地表與基準(zhǔn)面的高差較小時使用。零速度層法的基本思路是：先在近地表的參考面上做疊加，然后選擇一個高于地表的水平基準(zhǔn)面，給出一個填充速度（零或接近零），用靜校正的方法把疊加剖面數(shù)據(jù)校正到這個水平基準(zhǔn)面上。然后從水平基準(zhǔn)面開始做偏移處理，其中在水平基準(zhǔn)面和地面之間所用的偏移速度為零或接近零，地表以下用實際介質(zhì)的速度，這樣既保證了偏移基準(zhǔn)

6、面是水平的，又保證了實際偏移從地表開始。但這種方法存在的主要問題是填充速度問題，即不同的填充速度有不同的結(jié)果。另一個問題是透射波在傾斜地表下的傳播方向問題。由于地表以上偏移速度接近于零，因而微小的地表傾角就會造成很大的透射角，與實際情況不相符。若做深度偏移則誤差更大。波場延拓法基本原理是在偏移之前用波場延拓的方法把以地表激發(fā)和接收的資料延拓到某一水平基準(zhǔn)面上。延拓后的資料相當(dāng)于在這一水平面上激發(fā)和接收的資料。在此基礎(chǔ)上再用常規(guī)的方式進(jìn)行偏移處理。該方法在理論上是正確的，但嚴(yán)格的實現(xiàn)起來還有不少困難，故在實際生產(chǎn)中目前還很少應(yīng)用。隨著地震勘探的不斷深入和發(fā)展，油氣勘探的重點正轉(zhuǎn)向復(fù)雜地表條件和復(fù)

7、雜地質(zhì)條件的區(qū)域：如山地、灘海、沼澤、沙漠和黃土源勘探以及復(fù)雜斷塊和潛山等復(fù)雜構(gòu)造勘探。目前我國東部陸地油氣勘探的程度日趨飽和，促使我國油氣勘探的戰(zhàn)略重點向西部地形復(fù)雜地區(qū)轉(zhuǎn)移，這對地震勘探工作提出了新的挑戰(zhàn)。而山地等復(fù)雜地表條件下的地震勘探是當(dāng)今地球物理界所面臨的世界性難題，其中最突出的兩個問題就是信噪比低，靜校正困難。在陸地地震資料的常規(guī)處理中，針對地形起伏變化而引起的道間時差，通常采用的辦法是高程靜校正。它的做法是在確定了基準(zhǔn)面之后，利用估算出的地表速度計算一個垂直時差，用該時差對地震道做垂直校正。這種簡單時移方法的一個基礎(chǔ)就是地表一致性假設(shè)（Hileman等, 1968; Taner等

8、, 1974），它的具體含義是靜態(tài)時移只跟震源和接收點的地表位置有關(guān)，而跟波傳播射線路徑無關(guān)，這個假設(shè)對所有的射線（不考慮炮檢距）在近地表是垂直的情況下有效。在地表起伏不大、低速帶橫向速度變化緩慢的地區(qū)，地下淺、中、深層的反射經(jīng)過低速帶時，幾乎遵循同一路徑近乎垂直入射至地表，這時它們的靜校正量基本相等，用簡單的垂直時移進(jìn)行校正，其處理精度是足夠的。在地表起伏劇烈且橫向速度變化大的山地等地區(qū)，地表一致性假設(shè)將不滿足，地震波經(jīng)地下地層的反射在到達(dá)地表時的射線將不再垂直地表，因此這種簡單的時移不能消除地形的影響和適當(dāng)?shù)卣{(diào)整同相軸的位置，因而在偏移成像時就不能準(zhǔn)確地反映地下地質(zhì)構(gòu)造，尤其是斜層和陡傾角

9、的反射層，將造成過偏移或欠偏移的現(xiàn)象。在實際資料處理中，常常采用一種折衷的方法即利用修改偏移速度場的方法來解決這種情況，而這種修改偏移速度場的方法卻沒有什么標(biāo)準(zhǔn)，只能憑借處理人員的經(jīng)驗。由此可見，其成像精度有待商榷。針對高程基準(zhǔn)面校正所帶來的問題，許多學(xué)者做了大量的工作，Berryhill（1979）首先提出波動方程基準(zhǔn)面校正的概念。當(dāng)時他用Kirchhoff積分法在零炮檢距理論記錄上，把一個已知的任意形狀的觀測面上的波場延拓到另一個特定的基準(zhǔn)面上，從而完成波動方程基準(zhǔn)面校正。幾年后，他又將這個思路擴展到疊前（Berryhill, 1984）?；谶@個思路，Berryhill（1984, 19

10、86）、Wibbins（1984）、YilmazandLucas（1986）、Faye et al（1987）、Shtivelmen and Canning（1988）、Malloyetal（1990）、Schneider et al（1995）先后就波動方程基準(zhǔn)面校正并結(jié)合層替換做了許多有益的嘗試，使很多實際問題在某種程度上得到解決。為了解決地表起伏變化劇烈對地下構(gòu)造成像的影響，Reshef（1991）提出直接從非水平觀測面開始的“逐步外推，逐步累加”的波場外推方式來實現(xiàn)深度偏移。為解決高程靜校正時移所帶來的誤差，將非水平觀測面變?yōu)樗接^測面，以便使用常規(guī)的偏移算子進(jìn)行波場延拓，方便地做偏移

11、，Beasley和Lynn（1992）提出“零速度層”的概念，這個思路非常有創(chuàng)意。其具體過程如下：把基準(zhǔn)面定在炮集所在區(qū)域地面的最高點或最高點之上的某一高度，在基準(zhǔn)面和地表之間插入一個虛擬層，其速度為零或一個很小的值，然后做高程靜校正把地震數(shù)據(jù)校正到這個基準(zhǔn)面上。這樣進(jìn)行修改后，就將非水平觀測變成水平觀測。由于虛擬層的速度很小，波場外推時的傳播可近似地認(rèn)為是零，這樣就利用波動方程外推的方式消除了高程校正時移，在到達(dá)實際地層時則恢復(fù)正常運算，從而消除了地形的影響。“疊前層替代”的概念是Yilmaz and Lucas（1986）提出的，主要是為了消除海水層的影響。先用海水的速度把觀測波場外推至海

12、底，然后用海底速度把波場反推至水面。這樣海水層與海底介質(zhì)之間由于速度差異而引起的波傳播射線的彎曲就不復(fù)存在了。近年來研究的“波場延拓”法則是根據(jù)地震波在真實介質(zhì)中的傳播特性及波的可疊加性提出的，其具體實現(xiàn)過程為：先把基準(zhǔn)面定在炮集所在區(qū)域地面的最高點或最高點之上的某一高度，將炮集以任意速度（最好用接近地表層的速度）反推到所定義的基準(zhǔn)面上，將非水平觀測變成水平觀測，再采用更有效、精確的波動方程深度外推算子進(jìn)行波場延拓，實現(xiàn)從非水平觀測界面開始的偏移過程，解決起伏地形變化對地下構(gòu)造成像的影響。它克服了“零速層”法在計算上的不穩(wěn)定因素，具體實施時更具有靈活性。§6.2 波動方程基準(zhǔn)面校正基

13、準(zhǔn)面的確定是地震資料處理中最重要的步驟之一，尤其是在地形起伏劇烈和近地表橫向速度變化強烈的山地等地區(qū)更為重要。常規(guī)地震資料處理中，針對地形起伏劇烈的地震測線，最常用的基準(zhǔn)面校正方法是高程基準(zhǔn)面校正，而高程基準(zhǔn)面校正的一個基本假設(shè)就是地形起伏不大，近地表橫向速度變化緩慢，只有在這種情況下其處理精度才能滿足地震資料處理的要求。這種簡單的時移或者說高程校正，在基準(zhǔn)面校正后不能較好地消除地形的影響及適當(dāng)?shù)卣{(diào)整同相軸的位置和對陡傾角的響應(yīng)，從而降低速度分析精度，導(dǎo)致速度場的偏差，影響DMO處理及偏移成像的效果，造成過偏移或欠偏移。為解決高程校正帶來的誤差問題，通常只能采用一種折衷的辦法，即，處理員憑經(jīng)驗

14、對速度場進(jìn)行人工調(diào)整來改善偏移歸位的效果，這是一種不得已的方法，借以彌補高程靜校正帶來的誤差。盡管基準(zhǔn)面校正存在這些問題，但我們?nèi)匀灰岩巴獾卣饠?shù)據(jù)校正到一個水平基準(zhǔn)面上去，這不僅僅是因為常規(guī)的偏移算法都是從水平面開始，更因為地質(zhì)家們也要求同一地區(qū)的地震剖面需要一個統(tǒng)一的基準(zhǔn)面，以便對比。那么是否有一種更好的方法來代替高程基準(zhǔn)面校正呢?為解決這一問題，Berryhill（1979）提出了種更有效、精確、復(fù)雜的方法，即波動方程基準(zhǔn)面校正（wave equation datuming）。這種方法自提出以來，經(jīng)過二十多年的發(fā)展取得了很大的進(jìn)步。這種采用波動方程波場外推的基準(zhǔn)面校正技術(shù)，可以將野外地震

15、數(shù)據(jù)從地表面延拓到任一個平面，這個面可以是水平面，也可以是曲面。運用這種方法，可以把觀測面定義在任意的平面上，為后續(xù)處理奠定良好的基礎(chǔ)。從圖6-1和6-2中可以清楚地看到：波動方程基準(zhǔn)面校正與高程靜校正的本質(zhì)區(qū)別，從而更深刻地理解它們的不同含義。圖6-1a展示的是地下的一個散射點經(jīng)波動方程基準(zhǔn)面校正后，波場上延到高于地表的另一平面的射線路徑圖。我們可以清晰地看到：波動方程基準(zhǔn)面校正后，波的傳播路徑與在地表面進(jìn)行觀測的路徑完全一致。這樣，波動方程波場外推不僅把雙曲線的頂點進(jìn)行了正確的時移，而且還考慮了波動的橫向傳播，它真實地反映了波在介質(zhì)中的傳播過程。相反，圖6-1b展示的是常規(guī)高程基準(zhǔn)面校正的

16、情況。我們可以清楚地看到：高程基準(zhǔn)面校正實際上是假設(shè)地震波在基準(zhǔn)面與地面之間的這個虛擬層中是垂直傳播的，它忽略了波的橫向傳播。圖6-2a和6-2b分別是對應(yīng)圖6-1a的6-1b的繞射雙曲線。通過對比我們可以看到：高程基準(zhǔn)面校正只有在雙曲線頂點處的校正與波動方程基準(zhǔn)面校正相重合，而在雙曲線的兩翼校正量逐步加大，即越靠近兩側(cè)校正量越大。當(dāng)在基準(zhǔn)面與地面之間的高差越大時，其校正誤差就更大。因此當(dāng)我們做速度分析時必然導(dǎo)致拾取的速度低于正常的速度值。當(dāng)我們使用這樣的速度場對經(jīng)過簡單時移后的數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移時，勢必會導(dǎo)致過度偏移。當(dāng)我們清楚地了解了高程基準(zhǔn)面校正的原理和適用范圍時，很自然地會想到：在地表地形起

17、伏劇烈及近地表速度橫向變化強烈的地區(qū)，簡單的高程基準(zhǔn)面校正無法達(dá)到基準(zhǔn)面校正的目的。因此，運用波動方程基準(zhǔn)面校正以消除地形劇烈變化等對地下構(gòu)造的影響，是非常必要的。圖6-1 與波場從地表校正到一較高基準(zhǔn)面有關(guān) 圖6-2 對應(yīng)圖6-1點散射模型的時距曲線圖的射線路徑示意圖。(a)波動方程基準(zhǔn)面校正； (a)波動方程基準(zhǔn)面校正；(b)高程基準(zhǔn)面校正(b)高程基準(zhǔn)面校正§6.3 疊前層替代技術(shù)如圖6-3a中的深度模型所示，我們注意到：因為上覆層的復(fù)雜性使射線彎曲，結(jié)果下伏目的層的反射出現(xiàn)畸變而混亂。沒有速度差時射線不彎曲（見圖6-3b），從而不需要深度偏移。圖6-3b表明：用下伏地層速度代

18、替上覆層速度（層替代）是深度偏移消除復(fù)雜上覆層影響的一種可行的替代辦法。這就是Yilmaz and Lucas（1986）提出的基于波動方程確定基準(zhǔn)面（Berryhill, 1979, 1984）的層替代技術(shù)，即在進(jìn)行波場向上外推時，用某一層的下伏介質(zhì)速度代替該層的速度，以消除該層與下伏層之間因速度差異而引起的波動傳播射線的彎曲。原則上可以用任何一種外推方法完成波場延拓，如相移法、有限差分法或Kirchhoff求和法等。不過，Kirchhoff求和法在處理任意形狀基準(zhǔn)面時更方便。這項技術(shù)可以在疊前或疊后完成。而“疊前層替代”實際上就是波動方程法確定基準(zhǔn)面的一個具體應(yīng)用。疊前層替代的實現(xiàn)過程包括

19、以下幾個步驟：從共炮點道集出發(fā)，（1）用上覆層速度將所有接收點向下延拓到輸出基準(zhǔn)面；（2）組成共檢波點道集；（3）用上覆層速度將各炮點向下延拓至同一個輸出基準(zhǔn)面；（4）用下覆基巖速度將各炮點向上延拓回地表；（5）組成共炮點道集；（6）用下伏基巖速度將各檢波點向上延拓回地表。特別應(yīng)該提到的是：對于疊前層替代而言，每個共炮點或共檢波點道集都是獨立外推的，而在輸出基準(zhǔn)面上一個點的波場是由輸入道集的所有道計算得到的。此外，Yilmaz and Lucas（1986）進(jìn)一步提出：在地下地質(zhì)構(gòu)造較簡單、而只有最上一層有強烈橫向速度變化的地區(qū)（如不規(guī)則水底地區(qū)），疊前層替代+NMO+疊加+疊后時間偏移（加上

20、時深轉(zhuǎn)換）基本上與疊前深度偏移相當(dāng)。大家知道完全的疊前深度偏移費用較高，而疊前層替代能提供一個未偏移的疊加剖面，并且在消除了復(fù)雜動態(tài)時差影響后提供了改進(jìn)速度分析的機會，能夠較好地提高速度分析的精度，改善疊加剖面的質(zhì)量，進(jìn)而保證偏移成像的準(zhǔn)確性。在海上資料處理中基于Kirchhoff積分法的疊前、疊后層替代處理已經(jīng)成為處理中的一重要環(huán)節(jié)。圖6-3 (a)上覆層與下伏層之間的速度差使射線在兩者之間的界面上發(fā)生折曲；(b)用下伏層速度代替上覆層速度消除了射線的折曲。§6.4 “零速層”技術(shù)我們知道，常規(guī)偏移方法的基本假設(shè)是以水平基準(zhǔn)面為初始條件。為了校正高程所帶來的誤差，將非水平觀測面變?yōu)?/p>

21、水平觀測面，以便采用常規(guī)的偏移算子進(jìn)行偏移，Beasley and Lynn（1989）提出了既簡單又優(yōu)雅的“零速層”概念。這是個非常有創(chuàng)意的思路?！傲闼賹印狈ň褪菫榱四M高程基準(zhǔn)面校正，并把地震波在地表與基準(zhǔn)面之間的傳播看成近乎直上直下的傳播這一過程而提出的。正如高程基準(zhǔn)面校正將地表所觀測到的數(shù)據(jù)時移到某一水平基準(zhǔn)面上一樣，“零速層”是把基準(zhǔn)面定義在測線所在區(qū)域地表的最高點或最高點之上的某一高度，在地表面與基準(zhǔn)面之間插入一個虛擬層，使這個虛擬層的速度為零或一個非常小的數(shù)值，然后利用高程基準(zhǔn)面靜校正將野外數(shù)據(jù)校正到這個基準(zhǔn)面上。經(jīng)過這樣的修改，達(dá)到了將非水平觀測變成水平觀測的目的，接下來就可以

22、從這個水平基準(zhǔn)面開始做常規(guī)的偏移。由于插入的虛擬層的速度很小，在使用波動方程深度外推算子進(jìn)行波場外推時，地震波在這個層中幾乎是直上直下的傳播，其橫向傳播可以忽略不計，即用波動方程的方式“抵消了”高程校正的時移，當(dāng)?shù)竭_(dá)實際地層時則恢復(fù)正常運算?！傲闼賹印钡淖畲髢?yōu)點在于無須對偏移算法做任何改動，就可以實現(xiàn)從非水平觀測面偏移的過程，達(dá)到消除復(fù)雜地表對地下構(gòu)造的影響的目的。為簡便起見，我們以二維波動方程為例說明這項技術(shù)的基本理論。均勻各向同性完全彈性介質(zhì)中的標(biāo)量波動方程為： （6-1）由（6-1）式導(dǎo)出頻率-波數(shù)域中的深度外推方程： （6-2）其中，近似展開后則有： （6-3）其中，為常系數(shù)，可進(jìn)行優(yōu)

23、化處理。（6-3）式右端項前的符號的選擇原則是：檢波點波場向下外推取負(fù)號，炮點波場向下外推取正號。將（6-3）式整理得： （6-4）由（6-4）式導(dǎo)出頻率-空間域中的深度外推方程為： （6-5）（6-5）式可分裂為：（6-6a）（6-6b） 整理得：（6-7a）（6-7b） 為進(jìn)行頻率-空間域深度外推方程的差分計算，令：， 則有： （6-8a） （6-8b） （6-8c）對應(yīng)于，對應(yīng)于，且算子。這樣，深度外推方程（6-7b）為： （6-9）將（6-9）式進(jìn)一步離散化： （6-10）整理（6-10）式得： （6-11）令： （6-12a） （6-12b）則（6-11）式可寫成： （6-13）當(dāng)v

24、=0時，由（6-12）式可知,。此時，（6-13）式變?yōu)椋?（6-14）因而有：，這就是“零速度層”的基本原理。使用“零速度層”方法做基準(zhǔn)面校正后的偏移結(jié)果見圖6-4。圖6-4b 使用零速度層方法做基準(zhǔn)面校正后的偏移結(jié)果圖6-4a 使用傳統(tǒng)高程法做基準(zhǔn)面靜校正后的偏移結(jié)果§6.5 Kirchhoff積分法Wiggins（1984）用Kirchhoff積分法解決了如何直接從不規(guī)則觀測面開始偏移地震數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了自曲界面到曲界面的波場延拓過程。然而在實際資料的處理中，使用射線追蹤并結(jié)合Kirchhoff積分法的人都會遇到這樣的問題：低降速帶的速度難于估計。由于低降速層的速度變化無規(guī)律、很難

25、準(zhǔn)確估計，波射線入射到地表時其入射傾角已相當(dāng)大，這時射線追蹤將遇到難以克服的困難，淺層路徑無從追蹤，旅行時根本無法精確計算，Kirchhoff積分解的精度將大打折扣。而更為重要的是：進(jìn)行射線追蹤時，在無法確知地下速度的情況下，射線追蹤時的速度可用一個平均速度來代替；而對于一個新區(qū)來說，要想對速度有一個全面了解是不可能的。而準(zhǔn)確的射線追蹤則要求對速度場有較準(zhǔn)確的了解，在這種情況下，積分法的效果與精度很難保證。§6.6 “逐步-累加”波場延拓法以色列學(xué)者M(jìn). Reshef（1991）首次提出“逐步-累加”波場外推的概念。他采用深度外推時進(jìn)行基準(zhǔn)面校正和偏移相結(jié)合的方法。具體做法是：將波場

26、從一個水平基準(zhǔn)面向下延拓，并在每一個深度步長上將所截得的地形面上的波場值加到延拓的波場中，這樣就可以對起伏地形上的記錄進(jìn)行疊前或疊后偏移。另外，波動方程基準(zhǔn)面靜校正也可以用有限差分法來實現(xiàn)，并可用于疊前數(shù)據(jù)中（楊鍇等, 1999）?！爸鸩?累加”波場延拓的具體過程是：從共炮點道集出發(fā)，（1）地表地形及速度模型網(wǎng)格化；（2）從地形最高點處的水平面開始將接收點波場向下延拓；（3）每延拓一個步長，檢查是否有新的波場加入；有則加入一同計算，沒有則繼續(xù)向下延拓；（4）計算到輸出的基準(zhǔn)面為止；（5）一個炮道集的“逐步-累加”波場延拓結(jié)束。§6.7 “波場上延-偏移”法近年來研究的“波場上延-偏移

27、”法是從地震波在真實介質(zhì)中的傳播規(guī)律出發(fā)，借鑒Beasley and Lynn提出的“零速層”的概念與M. Reshef提出的“逐步-累加”法的思路而提出的。其具體實現(xiàn)過程是：將基準(zhǔn)面定在地震測線所在區(qū)域地形的最高點或最高點之上的某一高度的水平面上；然后用任意速度（最好用接近地表的速度）從地形最低點開始，將野外采集到的數(shù)據(jù)用波動方程深度外推算子向上延拓波場到基準(zhǔn)面上；這樣進(jìn)行修改后，我們就將非水平觀測變?yōu)樗接^測，消除了地形起伏的影響，因此我們就可以應(yīng)用常規(guī)的偏移算法，從所定義的基準(zhǔn)面開始采用波動方程深度外推的方式“抵消”掉波場向上延拓的效應(yīng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)實際地層時恢復(fù)正常的運算。這樣就把波動方程基

28、準(zhǔn)面校正與深度成像有機地結(jié)合起來，實現(xiàn)了自非水平觀測界面的偏移過程，達(dá)到了消除地形起伏變化對地下構(gòu)造的影響的目的。該方法可以看成是對“零速度層”及“逐步-累加”方法的拓展和延伸?！安▓錾涎?偏移”法深度成像最大的優(yōu)點在于：它無須從一個水平面開始計算，對地表地形進(jìn)行離散化后，使得在任意復(fù)雜地表面上做波場延拓成為可能，對我們來說只需知道地表層速度即可，而估計地表層速度實際上就是低降速帶速度的調(diào)查，方法很多、也很成熟，可供我們充分利用。在估計了地表層速度后，接下來就可以采用常規(guī)的偏移算法做偏移，而不需對偏移算子進(jìn)行任何的改動。同時該方法還克服了基于“零速層”的方法偏移時所產(chǎn)生的計算上的不穩(wěn)定因素，在

29、具體應(yīng)用時更加靈活。一“波場上延-偏移”的實現(xiàn)過程在“波場上延”這一過程中，可以使用頻率-空間域有限差分法和最簡單的相移法波動方程波場外推。現(xiàn)以相移法波動方程波場外推為例說明“波場上延”的實現(xiàn)過程。在迪卡爾坐標(biāo)系下，上行波向上深度外推（即波場上延）的相移法公式為： （6-15）式中： （6-16）其中，是水平位置為x、深度為z和頻率為時的壓力場，是深度外推步長。地形最高點或最高點以上為輸出基準(zhǔn)面地表地形及速度模型網(wǎng)格化輸入共炮點道集從共炮點道集中的最低點開始向上延拓波場向上每延拓一個步長，檢查是否有新的波場加入；有則加入一同運算，沒有則繼續(xù)向上延拓是否到達(dá)輸出基準(zhǔn)面一個共炮點道集的波場向上延拓

30、結(jié)束從輸出基準(zhǔn)面上開始，用常規(guī)偏移算法向下進(jìn)行波場延拓是否到達(dá)地表面進(jìn)行正常的偏移成像運算，利用激勵時間成像條件成像，直到所要偏移的最大深度否是否是圖6-5 “波場延拓-偏移”流程示意圖引用相移公式只是因為它能清楚地表達(dá)波場逐步外推的思想和概念，此外在插入的虛擬層中速度是一常數(shù)，雖然它對地下構(gòu)造復(fù)雜、橫向速度變化劇烈的地區(qū)不能很好的偏移成像，但絲毫不影響表達(dá)該方法的思想，這也是實際中選擇頻率-空間域有限差分法來做偏移成像這項工作的原因。當(dāng)從不規(guī)則記錄面上開始進(jìn)行波場向上外推時，（6-15）式將寫成： （6-17）從（6-17）式可以看到：某一個點處的波場值是上延至此點的波場與該位置所記錄的波場

31、值之和。是原來記錄在處的波場值。如果假設(shè)記錄數(shù)據(jù)中只有上行波，而且延拓過程中沒有遇到其他波場能量加入的話，那么左端只會含有從更高的位置延拓下來的波場，也就是說項為零。這種情況出現(xiàn)在外推水平記錄面的波場或外推尚未到達(dá)地表最高點處的接收點時。“波場上延”法深度偏移可歸納為以下幾個步驟：1）確定基準(zhǔn)面的位置；2）將炮點、接收點網(wǎng)格化；3）按式（4-17）進(jìn)行波場外推計算，每向上外推一步都要檢查是否有新的波場加入；4）若有新波場則加入一起計算，若沒有就照常計算；5）波場外推至輸出基準(zhǔn)面結(jié)束；6）從1）所定義的基準(zhǔn)面開始，用常規(guī)的偏移算子把炮點、檢波點分別向下進(jìn)行正常的波場外推；7）按照激勵時間成像條件

32、成像。上面的計算過程是對一炮而言的，隨后是重復(fù)前面的7個步驟，一炮一炮地做，直至完成測線上所有的炮記錄。二模型試算在模型試算中使用了兩種模型，即模型1和模型2（見圖6-6），二者的差別在于地表高程的變化不同。模型1的地表高程變化較小，模型2的地表高程變化較大。分別使用“零速層”法和“波場上延”法對兩個模型做深度偏移，得到的結(jié)果如圖6-7和圖6-8所示。從圖6-7中可以看出：兩者成像效果相當(dāng)，只是“波場上延”法在表層的結(jié)果好些。然而對模型2而言，兩者的成像效果（見圖6-8）有較大的差別。“零速層”法基本上是一團糟，不能看出界面的形態(tài)；“波場上延”法的成像效果則很好。可見當(dāng)?shù)乇砀叱套兓艽髸r，前者

33、存在不穩(wěn)定現(xiàn)象，后者則表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性?？梢哉J(rèn)為 “波場上延”法解決地形復(fù)雜的山地等資料的能力更強（如炮內(nèi)高差可達(dá)1000 m），能較準(zhǔn)確地反映地下構(gòu)造形態(tài)，深度成像效果比較令人滿意。 (a) (b)圖6-6 (a) 模型1的速度結(jié)構(gòu)示意圖 (b) 模型2的速度結(jié)構(gòu)示意圖(a) (b)圖6-7 模型1的偏移結(jié)果 (a)“零速度層”法； (b)“波場上延”法(a) (b)圖6-8 模型2的偏移結(jié)果 (a)“零速度層”法； (b)“波場上延”法上述理論模型的試算結(jié)果表明：應(yīng)用“波場上延”法能較好地解決復(fù)雜地形對地下構(gòu)造的影響，達(dá)到了波動方程基準(zhǔn)面校正與深度偏移的有機結(jié)合。成像結(jié)果說明了該方法的有效性和準(zhǔn)確性，并可用于實際資料的處理，應(yīng)用前景非常樂觀。另外，對于起伏地表條件下的疊前深度偏移，Kirchhoff積分法可以靈活地處理起伏的地表條件，但它對復(fù)雜構(gòu)造成像的精度較低；而波動方程混合法偏移對復(fù)雜構(gòu)造的成像精度很高，但是不易處理起伏的地表條件。王成祥在基于起伏地表的