3三維疊前深度偏移技術(shù)-技術(shù)創(chuàng)新課件

三、大慶油田研究院三維疊前深度偏移技術(shù)創(chuàng)新常規(guī)處理是基礎(chǔ)，地質(zhì)認(rèn)識(shí)是前提，速度建模是關(guān)鍵，最終偏移是體現(xiàn)。（1）技術(shù)疊前深度偏移是一個(gè)由疊后到疊前、從時(shí)間偏移到深度偏移、從克?；舴蚍e分法到波動(dòng)方程偏移逐漸深入的過程，成像精度逐步提高。（2）應(yīng)用疊前深度偏移是對(duì)研究區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí)逐步深入的過程，體現(xiàn)為偏移速度是在已知地質(zhì)信息約束下，采用多次偏移迭代，逐步細(xì)化地質(zhì)模型。疊后時(shí)間偏移疊前時(shí)間偏移克希霍夫疊前深度偏移波動(dòng)方程疊前深度偏移１、三維疊前深度偏移技術(shù)的認(rèn)識(shí)三維疊前深度偏移技術(shù)的應(yīng)用涉及三方面內(nèi)容，即地震資料預(yù)處理、偏移速度模型建立和三維疊前深度偏移算法，為了從原理上說明問題，展開正演模型研究及必要的系統(tǒng)擴(kuò)展與實(shí)用軟件開發(fā)研究。偏移成像常規(guī)處理速度建模構(gòu)造解釋走時(shí)計(jì)算偏移成像成像應(yīng)用反褶積野外靜校正觀測(cè)系統(tǒng)疊前去噪疊加速度分析層位拾取疊后處理迭加速度分析斷層解釋均方根速度層速度求取沿層層析網(wǎng)格層析實(shí)體模型費(fèi)馬原理克?；舴虺毯匠坛上耋w成像道集波動(dòng)方程波場(chǎng)重建偏移速度體地質(zhì)分析疊后偏移剩余靜校正疊前深度偏移處理流程Focus系統(tǒng)定義觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)加載、檢查置道頭折射波靜校正線性動(dòng)校正圖、炮檢點(diǎn)位置圖單炮初至顯示，縱、橫向疊加剖面，炮檢點(diǎn)的靜校正量平面圖無不合理丟炮，丟炮率≤0.5%疊前噪音分類壓制統(tǒng)一級(jí)別幾何擴(kuò)散、地表一致性振幅補(bǔ)償?shù)乇硪恢滦裕A(yù)測(cè)反褶積炮檢點(diǎn)、高程、井深、覆蓋次數(shù)圖面波、高能、50Hz干擾壓制效果圖，去噪前后剖面、單炮補(bǔ)償前后剖面、單炮、能量曲線參數(shù)掃描剖面、單炮子波整形剖面信噪比高、波形自然DMO疊加、保持振幅疊加剖面疊后零相位反褶積疊后時(shí)間偏移面元均化、疊加剖面T1達(dá)到65Hz,T2達(dá)到55Hz疊后隨機(jī)噪音衰減GeoDepth系統(tǒng)剖面斷點(diǎn)、斷面清晰，繞射收斂靜校正量，動(dòng)校正后道集、剖面疊加速度分析、剩余靜校正子波整形前后剖面層速度計(jì)算目標(biāo)線疊前深度偏移速度調(diào)整分析質(zhì)量控制疊前深度偏移CRP道集剩余延遲CRP道集拉平？剩余延遲量為零？拾取剩余延遲是否常規(guī)處理流程全工區(qū)疊前深度偏移CDP道集、疊加速度場(chǎng)質(zhì)量控制炮點(diǎn)和測(cè)線系統(tǒng)計(jì)算能力

Linpack測(cè)試，計(jì)算峰值385.4GFlops/s，299/Top500群系統(tǒng)穩(wěn)定性

89%，6.16-11.14，17/150天節(jié)點(diǎn)故障的恢復(fù)能力作業(yè)正在運(yùn)行其間，發(fā)生停電故障，待重新加電后，系統(tǒng)對(duì)原先作業(yè)具有恢復(fù)能力節(jié)點(diǎn)運(yùn)算效率偏移炮數(shù)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)、偏移時(shí)間的關(guān)系炮集波動(dòng)方程偏移，計(jì)算節(jié)點(diǎn)增加，偏移時(shí)間線性減少克希霍夫并行偏移，超過96個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算效率下降負(fù)載均衡分析集群硬件和操作系統(tǒng)不支持負(fù)載均衡負(fù)載均衡存在于網(wǎng)絡(luò)和I/O部分，開發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊

２、集群系統(tǒng)應(yīng)用性能測(cè)試１、野外靜校正折射波靜校正高程靜校正微測(cè)井靜校正組合應(yīng)用２、噪聲壓制空變?nèi)菐娌▔褐瞥踔燎澳芰繖z測(cè)壓制噪聲初至后振幅檢測(cè)壓制噪聲50Hz干擾波檢測(cè)壓制減去法淺層折射波壓制３、振幅補(bǔ)償?shù)乇硪恢滦匝a(bǔ)償球面擴(kuò)散補(bǔ)償?shù)兰瘍?nèi)能量補(bǔ)償４、速度分析與剩余靜校正非地表一致性剩余靜校正內(nèi)部模型道剩余靜校正外部模型道剩余靜校正蒙特卡洛剩余靜校正５、反褶積地表一致性反褶積多道預(yù)測(cè)反褶積炮域反褶積頻率域反褶積６、疊加保幅疊加

DMO疊加７、疊后偏移克?；舴蚍e分法三維一步法Focus地震預(yù)處理系統(tǒng)，136/360３、引進(jìn)地震處理系統(tǒng)開發(fā)１、初始層速度模型建立疊后時(shí)間偏移剖面的層位解釋疊加速度分析均方根速度分析深度域?qū)铀俣绒D(zhuǎn)換，三維射線偏移初始層速度模型（三種速度填充方式）層間一致：松遼盆地，中淺層反射連續(xù)，層間厚度小層間梯度：海拉爾盆地，大套地層內(nèi)層速度垂向變化大實(shí)體模型：特殊地質(zhì)體，逆斷層、巖丘、復(fù)雜地表GeoDepth疊前深度偏移系統(tǒng)，28/52３、三維疊前深度偏移笛卡爾費(fèi)馬原理克?；舴蚯蛎尜M(fèi)馬原理克?；舴虻芽柍毯匠炭讼；舴虿▓?chǎng)重建克希霍夫共炮域波動(dòng)方程２、偏移速度模型修改垂向剩余速度分析

沿層剩余速度分析網(wǎng)格層析：松遼盆地T4反射層以下的斷續(xù)地震反射野外SPS文件處理軟件提高工作效率保證工作質(zhì)量集群和處理系統(tǒng)信息監(jiān)控模塊用戶登錄作業(yè)發(fā)送、監(jiān)控進(jìn)程管理集群系統(tǒng)資源監(jiān)控負(fù)載均衡監(jiān)控野外測(cè)量成果電子班報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)SPS格式轉(zhuǎn)換連片處理統(tǒng)一定義工區(qū)觀測(cè)系統(tǒng)野外地震數(shù)據(jù)道序排列規(guī)則化

４、疊前偏移系統(tǒng)擴(kuò)展與軟件二次開發(fā)引進(jìn)Paradigm軟件：PSPC－－SSF偏移算法較為粗糙Kirchhoff偏移求速度試驗(yàn)不充分背景場(chǎng)：頻率-波數(shù)域擾動(dòng)場(chǎng)：頻率-空間域５、波動(dòng)方程疊前深度偏移算法研究開發(fā)波動(dòng)方程疊前深度偏移波場(chǎng)外推波場(chǎng)外推是波動(dòng)方程疊前深度偏移的核心外推算子決定偏移的計(jì)算效率及成像結(jié)果波場(chǎng)外推算子優(yōu)劣的判別標(biāo)準(zhǔn)：適應(yīng)劇烈的橫向速度變化能對(duì)陡傾角反射進(jìn)行成像具有較高的計(jì)算效率和計(jì)算精度具有較高計(jì)算并行度最大程度地確切描述波在復(fù)雜介質(zhì)中的傳播過程波動(dòng)方程偏移兩個(gè)步驟：波場(chǎng)外推、成像條件１、波場(chǎng)外推

P(x,y,z=0,t)v1=v0+△v(x,y,z)P(x,y,z=△z,t)P(x,y,z=2△z,t)P(x,y,z=3△z,t)v2v3xzy波動(dòng)方程疊前深度偏移炮記錄成像

該炮疊前記錄),0,,(tzyxu=關(guān)于t做FFT變換

),0,,(wzyxu=當(dāng)前炮震源模擬記錄),0,,(tzyxd=關(guān)于t做FFT變換

),0,,(wzyxd=按疊前成像條件，由延拓后的頻率域上下波場(chǎng)相關(guān)求和，得到深度的成像值層)zz,z(D+內(nèi)下行波相移處理層)zz,z(D+內(nèi)下行波總時(shí)移處理層)zz,z(D+內(nèi)上行波相移處理層)zz,z(D+內(nèi)上行波總時(shí)移處理波場(chǎng)外推成像-炮集疊前深度偏移流程特點(diǎn)：（１）在頻率波數(shù)域進(jìn)行相移偏移，收斂繞射波（２）在頻率空間域中校正由于速度橫向變化引起的時(shí)差（３）分步付立葉偏移方法在導(dǎo)出過程中舍棄了二階速度擾動(dòng)項(xiàng)

ΔV2的影響，因此它適用于橫向速度變化不甚劇烈的情況（４）在頻率波數(shù)域和頻率空間域中交替進(jìn)行，主要計(jì)算工作量在于快速付氏變換１、分步付立葉偏移方法：２、廣義屏偏移方法：特點(diǎn)：（１）廣義屏偏移方法是在分步付立葉偏移方法的基礎(chǔ)上再加上一個(gè)補(bǔ)償項(xiàng)，能夠更好地適用于橫向速度變化劇烈的情況。（２）補(bǔ)償項(xiàng)在頻率波數(shù)域、頻率空間域中交替進(jìn)行，付氏變換（３）與富立葉有限差分偏移方法在理論上等價(jià)，增加的計(jì)算工作量較少特點(diǎn)：（１）富立葉有限差分偏移方法是在分步付立葉偏移方法的基礎(chǔ)上再加一個(gè)補(bǔ)償項(xiàng)，來消除分步富立葉偏移方法舍棄了二階速度擾動(dòng)項(xiàng)造成的影響。（２）該補(bǔ)償項(xiàng)是在ω-X-Y域中的有限差分項(xiàng)，快速付氏變換（３）與廣義屏偏移方法相比，增加的計(jì)算工作量很大（４）能夠更好地適用于橫向速度變化劇烈的情況３、富立葉有限差分偏移方法：４、空間頻率域有限差分偏移方法：研究狀況：對(duì)Helmholtz根式方程展開的方法有：

Claerbout（1985）連分式展開；

Ruhl(1994)多程分裂法更精確地逼近單程波方程，使方位角誤差達(dá)到最小

Zhang(2000)提出螺旋坐標(biāo)系下的四程分裂有限差分解法王華忠(2000)在四程分裂有限差分解法基礎(chǔ)上加入了誤差補(bǔ)償項(xiàng)，是目前最完善的空間頻率域三維有限差分波場(chǎng)外推方法。關(guān)于成像精度，有如下定性結(jié)論:分步富立葉法最低，廣義屏方法和富立葉有限差分法（兩者精度相當(dāng)）居中，空間頻率域有限差分法最高。關(guān)于計(jì)算效率問題，有定性概念:分步富立葉法最高，廣義屏方法次之，富立葉有限差分法再次之，空間頻率域有限差分法最低。分步富立葉法偏移算子響應(yīng)

廣義屏方法偏移算子響應(yīng)

富立葉有限差分法偏移算子響應(yīng)

空間頻率域有限差分方法偏移算子響應(yīng)

２、偏移算子響應(yīng)３、成像條件一次反射波成像條件的核心概念是Clearbout（1971）提出的激勵(lì)時(shí)間成像條件：

下行波的到達(dá)時(shí)等于上行波的出發(fā)時(shí)激勵(lì)時(shí)間成像條件原理其中：P為外推過的Zn層各空間點(diǎn)的上行波場(chǎng)，

S為外推過的Zn層各空間點(diǎn)的下行波場(chǎng)的共軛，

R為估計(jì)出的Zn層各空間點(diǎn)的反射系數(shù)RSGPiPr.

４、優(yōu)化參數(shù)分裂步相移偏移方法

,

,

單程波方程波場(chǎng)延拓付式變換方程的解

SPGSPFFD關(guān)鍵問題逼近

GeneralizedScreen

計(jì)算

頻率波數(shù)域相移頻率空間域校正對(duì)SP方法做修正，能夠適應(yīng)強(qiáng)速度橫向變化，易擴(kuò)展到三維。但存在兩個(gè)問題：1、逼近使用泰勒展式；泰勒展式在展開點(diǎn)（零點(diǎn)）附近精度高，但一離開展開點(diǎn)（零點(diǎn)），精度迅速下降。2、計(jì)算對(duì)高階校正項(xiàng)又進(jìn)一步引入泰勒展式，損失了第1步中對(duì)高階逼近的效果。

進(jìn)一步引入近似.

逼近

Fourierfinite-difference

計(jì)算

頻率波數(shù)域相移頻率空間域校正對(duì)SP方法做修正，精度高，適應(yīng)強(qiáng)速度橫向變化。但存在兩個(gè)問題：1、差分方法的引入使得FFD對(duì)空間采樣非常敏感。2、擴(kuò)展到三維需要進(jìn)一步引入分裂算法，會(huì)產(chǎn)生方向各向異性，多方向分裂彌補(bǔ)將導(dǎo)致計(jì)算量增大。

引入隱式有限差分.

,

,

二階中心差分格式OptimumSplit-stepFourier

頻率波數(shù)域相移對(duì)SP方法做進(jìn)一步修正，精度高，適應(yīng)強(qiáng)速度橫向變化，易擴(kuò)展到三維。,

直接逼近,

頻率空間域相移高階校正項(xiàng)其系數(shù)與速度、最大成像角度有密切關(guān)系.出發(fā)點(diǎn)FFDGSPOSPFFD、PSPC、廣義屏偏移算子：二階近似提高精度

e指數(shù)擬合采用一階近似，損失了成像精度OSP算子：

采用直接擬合相移算子避免了兩次近似造成的精度誤差，用低階近似達(dá)到較高精度，提高計(jì)算效率。實(shí)部真實(shí)速度2500米/秒，背景速度1500米/秒。分別用相移法,SP,GSP2,GSP4,OSP2,OSP4,FFD計(jì)算所得實(shí)部比較SPFFDGSPOSPPS真實(shí)速度2500米/秒，背景速度1500米/秒。分別用相移法,SP,GSP2,GSP4,OSP2,OSP4,FFD計(jì)算所得虛部比較虛部SPFFDGSPOSPPSSPGSP1OSP1GSP4OSP4300真實(shí)速度2500米/秒，背景速度1500米/秒。SP,GSP1,OSP1,GSP4,OSP4脈沖響應(yīng)對(duì)比，圖中紅線為解析解（相移法）真實(shí)速度2500米/秒，背景速度1500米/秒。300處GSP1,OSP1,GSP4振幅比較小角度情況下：設(shè)計(jì)角度范圍內(nèi)OSP1優(yōu)于GSP4GSP1GSP4OSP1Phas-shift計(jì)算時(shí)間：SP1GSP11.5OSP11.5GSP43SPGSP1OSP1GSP2FFDOSP2SP,GSP1,OSP1,GSP2,OSP2,FFDMarmousi

疊前深度偏移結(jié)果比較

OSP：采用1階OSP方法，處理1束線計(jì)算網(wǎng)格為909X67X1000，間距dx=25米,dy=50米,dz=8米。尖峰頻率25Hz,頻率取值范圍1-75Hz。每炮鑲邊Inline方向100道，crossline方向8道。采用曙光機(jī)15節(jié)點(diǎn)（雙CPU1GHz)和聯(lián)想機(jī)27節(jié)點(diǎn)（單CPU1GHz)，處理周期約為9days。完成具有大慶探區(qū)實(shí)際地質(zhì)特點(diǎn)的兩個(gè)理論模型設(shè)計(jì)和正演模擬，并獲得理想的炮集采集記錄、零偏移距采集剖面。

A模型：長(zhǎng)度32km，深度5km，炮數(shù)320

B模型：長(zhǎng)度13km，深度10km，炮數(shù)130觀測(cè)系統(tǒng)：480道（240-0-240），道距25m

覆蓋次數(shù)：60采用波動(dòng)方程十階有限差分算法進(jìn)行模擬６、疊前偏移正演方法研究理論模型A時(shí)間構(gòu)造剖面理論模型A深度域?qū)铀俣绕拭胬碚撃Ｐ虯經(jīng)偏移速度分析求得速度剖面理論模型A速度剖面理論模型A疊前深度偏移剖面反射層速度(m/s)反射層反射層深度(m)物理點(diǎn)1深度物理點(diǎn)2深度平均誤差成像速度真實(shí)速度速度誤差成像真實(shí)誤差成像真實(shí)誤差T1311.7310.90.8336.7335.51.21.0199720003T3811.2811.00.1704.0701.42.61.85260426004T41257.81255.52.31359.11356.72.82.553041300041T62653.72654.91.2427342735.01.011.123363340037T83601.836001.84301.04299.41.671.73400340003真實(shí)速度模型速度模型一速度模型二速度模型三真速度模型偏移結(jié)果速度模型一偏移結(jié)果速度模型二偏移結(jié)果速度模型三偏移結(jié)果原始地質(zhì)模型：模型中三角形標(biāo)識(shí)處為深度統(tǒng)計(jì)點(diǎn)位置在不同偏移結(jié)果中，按層位從上到下進(jìn)行的60個(gè)點(diǎn)的深度統(tǒng)計(jì)比較。比較表明：速度-深度模型之間的差異越小，偏移結(jié)果之間越比較接近。差值=反演出的速度模型偏移結(jié)果中的深度值—真速度模型偏移結(jié)果中的深度值，誤差值大的點(diǎn)基本上對(duì)應(yīng)于速度模型與真實(shí)速度模型差異大的地方三種速度模型偏移結(jié)果中統(tǒng)計(jì)點(diǎn)的深度值相對(duì)誤差（相對(duì)誤差=絕對(duì)深度差值/真深度值*100%）

速度模型一最接近真實(shí)速度模型，其偏移結(jié)果中的平均相對(duì)誤差值為：0.65%；模型二偏移結(jié)果中的平均相對(duì)誤差值為：0.91%；模型三偏移結(jié)果中的平均相對(duì)誤差值為：0.81%。偏移孔徑:960CMPS偏移孔徑:1377CMPS偏移孔徑:2752CMPS偏移孔徑:700CMPS偏移孔徑:500CMPS以上不同孔徑的疊前深度偏移結(jié)果對(duì)比表明：（1）偏移孔徑(cmps)分別為2752、1377、960、700時(shí)，偏移結(jié)果基本上一致。（2）偏移孔徑為500cmps時(shí)，成像效果比較差。尤其如圖中標(biāo)識(shí)處所示，沒有得到準(zhǔn)確、清晰的成像結(jié)果。（3）綜合成像效果和機(jī)時(shí)來考慮，偏移孔徑選擇在默認(rèn)的(960cmps)左右范圍內(nèi)進(jìn)行偏移的話，均能得到滿意結(jié)果。這樣避免了用大孔徑偏移時(shí)信噪比的降低及耗時(shí)，也避免了用過小孔徑偏移時(shí)得不到滿意的成像結(jié)果。偏移孔徑:2752CMPS偏移孔徑:1377CMPS偏移孔徑：2752cmps偏移孔徑：1377cmps偏移孔徑:960cmps偏移孔徑:700cmps偏移孔徑:500cmps不同孔徑疊前深度偏移后疊加剖面上的道統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比表明：（1）偏移孔徑(cmps)分別為2752、1377、960時(shí)，疊加剖面上的道統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本上一致。而偏移孔徑為700cmps時(shí)，道統(tǒng)計(jì)結(jié)果也大體上相似。但有細(xì)微的差別。（2）偏移孔徑為500cmps時(shí)，剖面上的道統(tǒng)計(jì)結(jié)果差別很大?？偟哪芰科?。這就相當(dāng)于只沿著雙曲線進(jìn)行了部分能量求和疊加。（3）從道統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比表明，偏移孔徑選擇在默認(rèn)的(960cmps)左右范圍內(nèi)進(jìn)行偏移的話，就能得到滿意結(jié)果。三種不同旅行時(shí)計(jì)算方法的疊前深度偏移結(jié)果：比較表明：運(yùn)用最短路徑和最大能量走時(shí)計(jì)算的疊前深度偏移成像效果優(yōu)于初至走時(shí)法所得偏移結(jié)果。而最短路徑和最大能量走時(shí)計(jì)算的偏移成像效果基本上一致。不同的旅行時(shí)計(jì)算方法既影響機(jī)時(shí)，也影響成像結(jié)果。用Fir