第6章 三维地震勘探

第六章三维地震勘探

6.1 引言

在油气勘探中，重要的地下地质特征在性质上都是三维的。例如盐岩刺穿、逆掩和褶皱带、大的不整合、礁和三角洲砂体沉积等。二维地震剖面是三维地震响应的断面。尽管二维剖面包含来自所有方向，包括该剖面平面以外方向传来的信号，二维偏移一般还是假定所有信号均来自该剖面自身所在平面内。虽然有经验的地震解释人员往往可以识别出平面以外(侧面)的反射，这种信号往往还是会引起二维偏移剖面的不闭合。这些不闭合是由于使用二维而不是三维偏移导致了不适当的地下成像所引起的。另一方面，三维数据的三维偏移提供了适当的和详细的三维地下图像，使解释更为真实。

必须对三维测量设计和采集给予特别注意。典型的海上三维测量是用比较密集的平行线完成的。一种典型的陆上或浅水三维测量是由布设大量相互平行的接收测线，并在垂直方向上布设炮点(线束采集)完成的。

在海上三维测量中，放炮的方向(航迹)叫做纵测线方向；对于陆上三维测量，检波器的电缆是纵测线方向。三维测量中与纵测线方向正交的方向叫做横测线方向。与二维测量测线间距可达1km不同，三维测量的测线间隔可以是50m甚至更密些。这种密度的覆盖要求精确地测出炮点和检波点的位置。

测量区域的大小是由地下目标层段的区域分布范围和该目标层段能充分成像所需的孔径大小所决定的、这种成像要求意味着三维测量的区域范围差不多总是大于目标的区域范围。三维测量过程中一般要采集几十万至几百万个地震道，因为三维测量成本高，大部分都用于已发现的油气田的细测。

二维地震数据处理的基本原理仍适用于三维处理。二维地震数据处理中，把道抽成共中心点(CMP)道集。三维数据中按共面元抽道集。这些道集用于速度分析并产生共面元叠加。在线束采集中，共面元道集与CMP道集是一致的。一般陆上测量面元为25m×25m，海上测量为12.5m×37.5m。

常规的三维观测系统往往使共面元道集中数据叠加的方式变得很复杂。海上三维测量拖缆的羽状偏离可以导致共面元道集内的旅行时不再有简单的双曲时差。对于陆上三维测量，共面无道集内与方位有关的时差是一个问题。

叠加之后，对三维数据体往往(但并非总是)作两步偏移。第一步，沿纵测线方向做二维偏移；然后对数据分类，并沿横测线方向做第二步的二维偏移。在第二步偏移之前，有时需沿横测线方向做道内插，以防止出现空间假频。

然后，三维数据体可按纵横两个方向的垂直剖面和水平切片(时间切片)方式供解释员使用。时间切片可供解释员做标准层位的等值线图。人机联作环境为移偏后三维直方数据体的解释提供了快速而有效的方法。断层对比、层位追踪、层位拉平和某些成像处理方法可能适合于人机联作环境并有助于改善解释。

6.2 为什么要做三维？

我们讨论图6-1的地球模型，这个模型

由一个在均匀介质中的倾斜平界面组成。

考虑沿倾向方向的一条测线A。如果这项测

量由一组平行于倾向方向的测线组成，那

么地下二维的假设是正确的，不会记录到

侧面信号，这些沿倾向方向的测线的二维

偏移就是正确的，如图6-2a所示。二维偏

移后，地面点X下的点D向上倾方向偏移到

它的真地下位置D′。现在来讨论图6-1中沿走向方向的测线B(测线B与测线A在地面位置X相交)。图6-2a地下点D′的反射都是由测线A和测线B在它们的交叉点上记录下来的。在测线B上的这个同相轴是侧面反射，测线A上的这个同相轴则不是。然而走向测线上倾斜界面来的反射不表现出是倾斜的(图6-2b)。由于偏移不改动平同相轴的位置，走向测线偏移剖面与相应的未偏移的剖面是相同的。如果我们将走向测线B与倾向测线A连接，两条剖面偏移后就会出现闭合差，(然而，编移之前这两条剖面的连接是良好的)。

在勘探构造圈闭的区域，一般地下构造的倾向是多方位的，因而无法确定纵测线方向是在某倾向或是在走向方向上。这就是图6-1中测线C的情况。在这条测

线上所查觉出的视倾角小于倾向测线上查觉到的平界面的真倾角。在图6-3的平面图上，让我们检查一下三条线交点X下边点D偏移后的定位。沿倾向测线A，点D 移动到了真地下位位置D′。沿走向测线，同样一个点偏移后就没有移动。沿测线C这个点移动到了D″。可以设想沿与测线 C正交方向的第二步偏移将已经偏移

的能量从D″移

动到它真的地下

位置D′。

虽然在6.5

节讨论三维偏移

原理，我们还需

要对二维和三维

偏移解释上的差

别进行评估。图

6-4所示为陆上

三维测量以及它

们的二维、三维

偏移所得纵测线

(左边一列)和横

测线(右边一列)

的叠加剖面。注

意三维偏移较好

地确定了盐丘顶

面(T)以及盐丘

底部断裂的清晰

的轮廓。依据三

维成像与依据二

维成像解释有明

显的不同，这是

无可质疑的。

图6-5是三

维偏移剖面解释

得到明显改善的

又一个实例。注

意，三维偏移后，两个盐丘以及它们之间的向斜轮廓比较清楚，三维偏移往往得出与二维偏移剖面十分不同的剖面。图6-6的实例表明二维偏移剖面上没有反射的地段在三维偏移剖面上同一地段却有一系列连续的反射，这些反射很容易与该地段以外的反射对比。

如以前所提出的，在有倾斜同相轴的地方二维偏移可引起闭合差，二维偏移

不能使地下适当成像，而三维偏移通过完善成像过程消除了这些不闭合现象。这种效果在图6-7中得到了证实，在这幅图中，可以检查纵测线和横测线在他们交叉点上(图上的黑短线)的对比。二维剖面上(特别是1.3s至2s间)小的闭合差问题是显而易见的，而在三维偏移剖面上被消除了。

根据野外数据实例可以看出，三维偏移提供了完善的三维地下地质成像。反之，二维偏移可能会得出不适当的结果。二维地震和三维地震之不同在于完成偏移的方法。目标层段顶的密集的覆盖，例如纵横测线的道间距均为25m不一定能提供适当的地下成像，除非实施三维意义上的偏移。

图6-8给出对1964年至1970年间一个地区二维细测得出的地震数据所做的不断修正并改善解释。1964年进行的第一年普查勘探只做了几条测线，根据这次初步测量做出的时间构造草图，推断有一个西北向的构造圈闭。第二年的勘探(1965)，在与前一次测量的同一方向又做了一些测线，该构造圈闭得到了某种程度的证实。第三年测线沿北-东向布设，用以圈定该构造，这种测线方向上的变化使该区绘出几条断层成为可能。以后的几年(1967、1968和1970)沿东北、西北、

东南、西南各个方向做了更多测线。后来附加的这些测量可使地下的覆盖更密些，

并改善了解释的细部，我们以1970年的三幅图为例，这些图上包含了1964年至1970年之间该区所做的全部测线，我们一定会问，如果实施了三维测量并产生三维意义的地下成像效果如何？三维测量可以导致高度精确和可靠的解释。由于三维数据体在解释判断上提供了详细的约束，根据三维成果制定的钻探方案成功率高。

6.3 三维测量设计和采集

三维测量的最终目标是要获得三维偏移的波场。这种偏移的保真性取决于叠加质量和速度估算的精确性。然而，有两个因素控制着偏移的保真度，即偏移孔径和空间采样，它们还决定了野外测量的设计。

6.3.1 偏移孔径

图4-14a给出一个深度剖面，代表一个埋藏在均匀介质中的倾斜反射面段CD 的地下模型。用法向入射射线做零炮检距模拟，得出了图4-14b的时间剖面。尽管图上未能画出，时间剖面上还

应包括反射段的绕射边缘。

偏移把时间剖面上的同相

轴C′D′移动至它的真实地下

位置CD。为了对比起见，我们将

它透在时间剖面上。目的层段的

横向范围是QA。如果在记录期间

限定该测线长度为OA，那么时间

剖面上会是空白。另一方面，如

果限定在测线段AB上记录，那么

同相轴C′D′会从偏移剖面上

消失。虽然，目标限定在线段OA

上，但必须在一个比较长的区段

OB上记录时间剖面。该线的长度

还必须长到足以包括数据中可能存在的有意义的绕射部分。另外，记录时间必须长到足以包容绕射尾部和全部倾斜的同相轴。偏移引起的一个倾斜同相轴上的点在空间(横向上)和时间上(沿垂直方向)的位移，取决于介质速度、同相轴的深度和倾角[图4-15，方程(4.1)、(4.2)和(4.3)]。这样，地面上测线长度和位置必须按照可供目标层段适当成像的偏移孔径细心设计。

这些因素也完全适用于三维测量。图6-9是一个虚构的构造高的深度等值线图。矩形指明构造目标部分的地下范围。根据4.l节和上面所述的原理(图4-14)，

确定目标区所需实际测量范围的大小由图上的大矩形区限定。

注意，测区并不一定在所有方向上做同样大小的扩展。构造北翼最陡，因而这个方向上所必需的扩展最大，其它方向上也做相应的扩展。扩展测量范围时的另一个因素是在已扩展的测量区域上完成满覆盖次数所需的附加剖面的长度。一个横向范围为3km×3km的典型地下异常，可能要求做9km×9km范围的三维测显。

6.3.2 空间采样

在1.6.1节我们详细讨论了空间假频问题，在4.3.5节又讨论了空间假频与偏移的关系。这类空间假额问题是由要作偏移的波场(即叠加剖面)空间采样粗略而引起的。最终叠加数据(未做道内标)的空间采样是由记录参数所决定的。因而野外所用的道距、横测线间隔和横测线方向必须要精心设计。

由图4-107中可以看出，叠加剖面上的道距、倾角和开始发生空间假频的频率之间存在着某种关系。在两个检波点A和B记录了成像的法向入射射线。在常速情况下，地面和波前之间的角度，是这些射线所出射的反射界面的真倾角，其时间延迟和当于检波器A和B间的传播路径CB。如果这个时间延迟是到达该检波器的信号给定频率分量的周期的一半，那么该频率即为开始发生假频的门限。由图4-107所示的关系可以看出，没有假频的最大频率在倾角逐渐变陡、速度逐渐变低、道距逐渐变大时逐渐变小。根据这一关系，假定已知区域速度场和地下倾角，可以导出纵横两种测线方向的最佳道距。海上三维测量纵测线和横测线方向典型的道距分别是12.5—25m和37.5—75m。即便横测线的道距尽可能地小，从经济上考虑一般它也比纵测线方向的道距大些。鉴于这一点，在偏移处理之前可能要沿横测线方向做内插。陆上三维测量纵测线和横测线方向典型的道距分别为12.5-25m和25-50m。某些陆上三维测量可能不需要做道内插。

6.3.3 其它因素

几乎所有的二线采集的野外施工概念都适用于三维测量。例如导航和记录所用设备的选择取决于野外条件，也必须考虑作业的环境。在海洋环境中，水深、潮汐、洋流、海况，捕鱼作业和航海活动以及障碍物如钻井平台、失事船只的残骸、岩礁和鱼网都必须考虑。在陆上，环境的约束、通行条件、地形、耕作、人文限制都是可以影响测量设计和采集的因素、由于这些限制，往往需要精心设计并对标准观测系统进行某些调整，以使得到合理的覆盖次数和炮检距分布。双船作业可以达到更为均匀的覆盖次数并缩短野外作业时间。三线施工要求精确的测量作业，因为其数据采集的空间采样非常密，以致线与线间测量上的误差导致的静校正量可能严重地降低三维偏移质量。事实上有人声称，是定位上的误差而不是经济开支是海上三维测量测线间隔的限制因素。

6.3.4 海上采集观测系统

海上三维测量是作许多条平行而密集的二维测线，并以“线状采集”(在浅水环境中，常会用陆上采集所取的、“线束”采集方法)。此时检波器的电缆有一定程度的偏离理想拖缆线位置的飘移(拖缆羽状偏离)。拖缆的偏离是由横向海流所引起的，如图6-10 所示。图6-11给出海上三维测量拖缆的形状与炮点的位

置关系。实际电缆位置与炮线方向

(航迹)间的夹角叫做羽状角。由图

6-11的实际电缆形状可以看出，这

一羽状角并不是固定不变的，即使

是一炮中的电缆。假设有图6-10

所示的简单电缆形状。尽管船沿测

线2放炮，却在与相邻的几条测线

有关的中心点记录数据。对于一个

典型的10°的羽状角和2400m长的

电缆来说，远端检波器的中心点偏

离炮点线达200m以上。这就是50m

间隔的四条测线的距离。

由于记录过程中电缆形状有明显的变化(图6-11)，横测线方向中心点的分布并不像图6-10所示那样规则。我们必须精确地知道每个检波器在电缆上的位置以及炮点的位置。通过精确地测定炮点和检波点的坐标，我们可以确定中心点位置，并将其分配到面元中去(图6-10)，供叠加和偏移。

测量船上采集的导航数据一般包括船的位置、震源位置和电缆罗盘读数。一条典型的海洋电缆上有8至12只数字罗盘。这些装置上的读数可以计算出电缆罗

盘的(x，y)坐标。然后按照排除了任何异常测量值的拟合曲线计算出电缆的形状。在处理过程中要分析导航数据；完成质量控制，导出最终的炮点-检波点位置。图6-12示出海上三维测量电缆形状和震源的位置的整体形态。注意，电缆的偏移特别发生于该测区的边缘。图6-13给出本图中与震源-检波点位置有关的中心点位置以及测量区中覆盖次数上的缺陷。在采集过程中，必须将这些低覆盖次数区填满。这就要在适当的位置做一些额外的测线。如果在处理时发现这些缺线，还要把船开回去补炮，这就提高了成本。因而质量控制工作必须在船上完成以监测覆盖次数。

6.3.5 陆上采集观测系统

陆上三维采集一般用“束”状观测系统来完成，这种方法的接收电缆呈平行布设(沿纵测线方向)，而炮点的布设沿与电缆正交的方向(横测线方向)。图6-14为6条接收电缆的束状采集，每条电缆有80道检波器组合，道距50m。检波器电缆的安放从上向下的间隔为100、200、100、200、100m的距离。放炮的方向垂直于

线束，从上端远处开始，移动进入线束然后向下移动出线束。这种线束放炮的方法得出的炮-检方位有一个很宽的范围，这可能是速度分析时关心的一件事(6.4.2节)。(震源-检波点方位角是某一参考线，例如检波点连线或倾向线与通过震源-检波器站的线的夹角)。束状采集的主要优势在于该方法经济。当一条炮线完成后，检波器电缆沿着束向右移动若干站(等于炮线的间隔)，并重复放炮。图6-14中的观测系统提供了25×25m的共面元道集。一旦一束完成了，就记录平行于它的另一束。这种程序在整个测区内重复。尽管某些三维测量时并没有执行，但留下一些电缆在地面上，对保证几束之间静校正量的适度衔接是十分重要的。图6-15说明一个完整的测量设计，它包括12束检波点和炮点位置。由于作业条件的缘故，在整个测区达不到均匀的覆盖次数。图6-15测量中的平均覆盖次数为12次，朝着测区的右下边增加到24次。

陆上三维测量还有一些其它类型的观测系统，由于环境和地形的限制，并不

总是能采用线束系统。例如，在高地或湖泊条件下，可以用环绕该区放炮来完成覆盖，即用炮点检波点布设为一圈，形成一个完整的环(这种观测系统应尽可能避免，因为一般情况下它的成本高，往往共面元道集中的方位角和覆盖次数变化大)。

6.4 三维资料处理

三维资料处理几乎应用了二维地震资料处理的全部概念。不过在三维采集系统的质量控制、静校正、速度分析和偏移中，的确引起了不少额外复杂的问题。在预处理阶段，要做有高水平噪声道的编辑、几何扩散校正、反褶积和道均衡、野外静校正(陆上和浅水资料)。在常规二级处理中，把记录道汇集成CMP道集，而在三维处理中，道则抽成共面元道集。当测线为直线时，线束放炮的共面元道集则与CMP道集相重合。抽面元道集引出了一些特殊的问题。对于倾斜界面。大部分陆上资料和有明显电缆羽状偏离的海上资料，面元内存在着正常时差随方位角变化的问题。本章着重讨论海上和陆上三维处理的一些重要问题。6.5节专门

讨论三维偏移。

6.4.1 海上处理

预处理后，数据已被抽成共面

元道集。如图6-10所示，将一个网

格叠于测区上，这一网格由一些面

元组成，面元的大小沿测线方向是

道距的一半(等于二维方法的CMP

间距)，而横测线方向等于名义上

的线间距。落入一个面元中的道构

成了共面元道集。因为电缆的羽状

偏离，面元中的所有道并不是同一

条炮线中来的。将数据分类到面元

中叫做面元划分。

图6-16表示与同一图中的野

外采集系统相关的单独一个面元、该面元沿纵测线(炮线)方向是12.5m，在横测线方向是50m。不同符号代表与不同炮线相关的中心点。这个面元包含来自6条不同炮线的中心点。在图6-16中，中心点的分布相当于整个探区羽状角是恒定不变的理想情况，并假设对该面元内中心点有贡献的所有炮线放炮方向都是相同的。

实际上面元内的中心点分布不一定均匀一致，因为各炮点之间以及各测线之间电缆形状不一样。中心点可能集中于面元的一部分，即中心点的形心不一定在

该面元的中心。不同面元的中心点分布也可以不同。一些面元可能比其它面元包含的道多，而一

些面元的中心点

分布可能不如另

一些面元均匀。

图6-17示出

了叠置在中心点

上的面元中的覆

盖次数，图6-13

中绘出了这些中

心点的实际位

置。注意，在整

个探区覆盖次数

都不一致。这种

不一致会引起不

同分析位置之间

速度估计精度的

不一致，还会引

起叠加振幅的变

化。要取得精确

的速度估计并有效地压制多次波，采用长炮检距是必要的。

现在我们考虑把上述面元划分做一些调整，有时将测区内的网格做少许平移和旋转，会明显地减少面元划分中出现的问题。这类网格的优化可以使每个网格中心点的分布更加均匀，甚至使整个测区覆盖次数更趋于一致。

通常不限定用网格把面元划分成同样大小。如需要时，在横测线方向上扩展面元可以得出均匀的覆盖次数。该扩展的面元内包括了更多的相邻面元的中心点。虽然同一中心点可以用在一个以上的面元内，但对炮检距和重复性往往施加一些限制条件，以防止过度重复地使用每个中心点。

通过恢复覆盖次数的均匀性，并未完全解决共面元分类问题。如前面所提到的，中心点的形心不与面元的中心重合。如果形心明显地偏离中心，则必须考虑将叠加道置于形心而不是面元的中心。这样主要在横测线方向破坏了叠加道相等的间距。尽管如此，根据形心点上的叠加资料，利用道内插的方法可以产生等间距的道。通常，在任何情况下三线偏移都需要做道内插(6.5.4节)。

使用共面元分类还有另一个间题。一个面元内波至的旅行时可能并不遵循单独一条双曲时差曲线(Levin，1983，1984)。要了解为什么会出现这个问题，我们假设电缆形状是有恒定羽状角的直线，考虑图6-16中单个面元和野外观测系统。设一个有30°倾斜的单一同相轴的简单地层模型，还假定倾斜界面上方为恒速介质、在这一面元中示出的中心点分布与10°恒定羽状角相对应。

图6-18示出了该面元三个不同放炮方向的旅行时曲线：

a.走向线放炮：沿纵测线方向查觉不到倾角(横测线方向倾角最大)

b.炮线相对于倾向呈45°角

c.倾向线放炮；沿横测线方向无倾角

注意，不同炮线的数据贡献于旅行时曲线的不同部分。对于单个倾斜同相轴，二维观测系统一般产生双曲时差曲线。如果测线的方位逐渐接近于反射面的走向，横向倾角增大，旅行时偏离理想的双曲时差曲线。这种理想的双曲线相当于面元中心与面元中全部中心点重合的情况，即没有电缆的羽状偏离的情况。当沿走向方向放炮时，旅行时的偏离更为严重(图6-18a)。旅行时的偏差随羽状角、横向倾角及横测线方向面元线度的增加而增加。在低速和浅层条件下，这种情况更为明显。如果沿最佳拟合的双曲线路径(图6-18a)进行共面元叠加，则高频损

之中的。

中心

点沿横测线

方向的分散

引起的高截

频作用的程

度如何？测

量图6-18a

中理想双曲

线路径与实

际时差曲线

之间的时间

差，可以导

出图6-19中

的叠加因子图以及它的振幅谱。可以看出叠加因子的高截滤波作用：-6dB的振幅

水平约在70Hz处。中心点分散对具体数据集的影响是否明显取决于横向倾角值、

电缆羽状偏离及所需的叠加数据的带宽。记录条件和带宽的目标往往是要求横测

线方向上的混波作用不会成为问题。

概括地说，横向海流引起电缆羽状偏离，这就造成面元内的中心点沿横测线

方向分散。如果放炮方向使倾斜界面产生横向倾角分量，那么共面元道集中与该

界面相关的旅行时偏离一条简单的双曲时差曲线。这样就引起叠加过程中有振幅

混波，其作用有如高截滤波器。截止频率主要是横向倾角、反射时间和速度大小

的函数。

如果横测线方向混波明显，有许多方法使它变小。最简单而又最昂贵的避免

横测线方向混波的方法是使横测线方向面元的线度足够小，即采用密集的炮点线

放炮的方法。在处理中可以用较低成本(但也不一定)通过CMP位置校正的方法来

对付横测线方向的混波作用，这种校正包括将面元中全部中心点的旅行时映射到

一个指定的中心点位置上，这个位置一般为面元的中心。该程序要求局部倾角和

速度估计可以直接根据地震资料和预先确定的地质模型进行。一旦求出这些估计

值，则考虑一道所要求的中心点的距离，计算旅行时校正量就是轻而易举的了。

根据上述原则，用模型实例来说明这种校正方法的使用(图6-20)。

图6-20a示出了包含有同一方向5条不同震源线放炮的48个中心点的一个面

元。地层模型由模测线方向30°倾角和纵线方向45°倾角的单个倾斜反射面构成。注意，图6-20b中的共面元道集资料旅行时曲线不连续。这5条线分别形成时差曲线的不同部分即A、B、C、D和E。如果我们对这一道集与最佳双曲时差曲线拟合并做适当的时差校正，则得出的结果是6-20c的道集。其叠加会引起高频衰减，如图6-19所示。中心点位置的校正就是将图6-20b的旅行时映射到图6-20d的旅行时曲线。NMO校正后(图6-20e)，预计得到没有横测线方向混波的质量比较好的叠加道。

横测线方向的混波可能是炮点和接收点的方位角范围大造成的，图6-2la就是这种情况。图上面元包含了来自5条测线的中心点，在一个方向上有两炮(道29～道48)，在其相反方向上有三炮(道1—道28)。相反方向放炮使有效方位角范

围为电缆羽状角的两倍。虽然中心点的分散可以校正(如图 6-20)，校正后的时差曲线(图6-21d)仍存在由炮检方位变化造成的不连续性。沿该时差曲线的A段和B段与两个相反的放炮方向有关。根据图3-17，NMO取决于倾角和由倾向线方向测出的炮检方位。因此对段A和B应使用不同的速度进行NMO较正。图6-21e示出了方位校正的结果。与方位有关的速度估计在6.4.2节中讨论。

一旦将数据分成共面元道集，就进行速度分析。在这方面，二维和三维资料处理并无差异。二维资料处理中的速度分析，包含许多相邻的CMP道集，以增强S/N比。同样在三维速度分析中也包含许多共面无道集。例如，该数可以是纵测线方向和横测线方向各为5个共面无道集，总数是25个。对于三维的例子，沿着选出的测线(测线间隔可以为0.5km)，以一定的间隔(即0.5km)完成速度分析。用选定的控制点上的速度分析结果导出整个测区全部共面元道集的三维速度场。这

可以通过进行控制点间三维速度函数的内插来完成。

6.4.2 陆上资料处理

通常陆上三维勘探采用线束放炮的观测系统产生共面元道集，面元中全部中心点都与面元中心重合。然而该技术也可导致大的炮-检方位变化，而且可能因此导致接近或大于海上勘探因中心点分散引起的旅行时偏差。图6-22是炮-检方位角有一定范围的观测系统。倾斜界面的反射未沿简单的双曲时差曲线排列(图6-22b)，而是有一些旅行时偏差。使用单一速度进行NMO校正(图6-22c)产生像电缆羽状偏离那样的有高频衰减的叠加道，叠加衰减随炮检方位角范围的增大而增大。如果这种衰减严重，则必须在叠前进行炮检方位角校正(图6-22d)。

Levin(1971)指出，某一反射面的时差速度是与倾角相关的，而且是炮检方位角的函数。图3-17是倾斜同相轴的三维观测系统，而方程式(3.9)与时差速度有关。方位以倾向线方向为准测定。图6-22b给出了校正炮检方位的方法。CMP道集中的道可组合成不同方位范围并可用不同速度对每个组合道做时差校正。

Levin的关系式(式(3.9))是极坐标系中的椭圆方程，射径为NMO速度，极角为方位角。速度椭圆的主轴方向是真倾向方向。根据在三个不同方向测得的时差速度可构成速度椭圆(图 6-23)。Lehman和Houba(1985)讨论了这种测量的几个实

际问题。通过将CMP道集中的道分成三个不同方位(a

1，a

2

，a

3

)的组，可沿这几个

方位估计叠加速度(V

S1、V

S2

、V

S3

)。当已知三个不同方向的叠加速度(图6-23a)后，

可确定速度椭圆的半长轴、半短轴(分别为a和b及取向(下倾方位角ε)。一旦构

成了倾斜反射面在CMP位置的速度椭圆，则可确定下列参数(图6-23b)：

1.反射面真倾角φ＝cos-1(b/a)

2.倾向方位角ε(图6-23b)

3.任意方位的叠加速

=V/(1-sin2φcos2θ)、

度V

S

式中V(反射面以上介质的

速度)=b，θ为据长轴a测量

出的炮检方位角。

以上方法称之为三参

数速度分析。CMP道集中的

每道都是用沿与该中心点

相关的炮检方位速度进行

时差校正的。

虽然在速度谱上可观

察到速度随方位的变化(图

6-24)，但这些变化可能并

不影响叠加。在一个单独

CMP位置的三个速度函数间

的某些差异(图6-24)，可能是由方位覆盖不均匀和炮检距的分布不均匀所引起的。理想的情况是在CMP位置用全部炮-检方位的所有炮检距精确地确定速度椭

圆。在这种理想条件下，从理论上说可以通过三参数方法确定任何炮检方位的时差速度、真倾角和反射面下倾的方位角。

关于三维速度估算，尚有一些其他实际问题。通常三维资料是低覆盖次数的，所以将数据分配到各方位角范围，使覆盖次数变低，可能不会产生好的速度估算值。陆上线束记录可以通过尽量减少炮点到检波点的垂直距离达到方位变化极小。往往方位变化最大的近炮检处总时差却很小，因而对叠加的影响比设想的要小。另一个问题是炮检距的分布。理想的情况是希望每个共面元道集都有宽范围的炮检距选择。否则时差校正中，小的误差可能引起叠加剖面上道间的抖动。

在这一节中我们讨论了估算方位相关时差速度的方法。在4.4.1节中，我们看到了倾角时差(DMO)处理用真倾角的余弦校正倾斜反射面的时差速度。我们由此得出结论，三维DMO应校正倾角和方位角(由倾向测线方向测出的)。二维DMO算子把共炮检距剖面上已经校正过的振幅映射到沿着时间推移逐渐变窄的截面的椭圆轨迹上。三维DMO算子将炮检方位平面上的振幅映射到整个椭圆面上。正如对三参数分析的情况一样，这种处理的保真度取决于炮-检方位的覆盖范围，尤其是确定椭面的好坏。

陆上三维处理最后一个课题是剩余静校正。地表一致的剩余静校正模型(3.3节)并不限制炮点和接收点一定在侧线上，它们可以任意设置。因此式(3.25)可用来模拟整个三维测区所有炮点和检波点的静校正时移。和二维情况一样，关键步骤是拾取(估算)共面元道集的旅行时偏差。对于三维地震资料，首先根据所选取的高S/N比测线的共面元道集建立初始基准道，其它共面元道集的基准道则根据局部输入道和相邻基准道计算。注意，陆上记录的几何排列在相邻线束间必须有适当的重叠，以便线束间静校正的联接。

6.5 三维偏移

为了理解三维偏移，我们研究一个埋在常速介质中的点散射体，其零炮检距二维时距曲线为双曲线，我们可以推测其三维响应为一个双曲面。二维偏移相当于沿这条绕射双曲线实现振幅求和，然后将求和结果放在双曲线的顶点上。这种概念也能推广到三维。三维偏移相当于沿着整个双曲面的表面实现振幅求和。在4.2.1节，我们知道，在求和[方程(4.6)]之前，根据标量波动方程的克希霍夫积分解做一些振幅和相位校正，能改善偏移的简单绕射求和技术。Schneider(1978)利用一些野外数据实例对三维克希霍夫偏移法做了详细的理论上的讨论。实质上，在三维偏移中由方程(4.5)给出的积分是对整个三维测区的曲面进行的，而不是沿一条二维地震测线做的。对于二维偏移，求和道可达300道之多，而在三维偏移中，这就意味着求和的道可能需要70000道之多。当需要

在计算机中处理如此庞大数量的地震道时就会产生一些问题。

6.5.1 两步与一步三维时间偏移的比较

现在我们讨论沿双曲面求和的一些实际可采用的方法。Ristow(1980)关于三维成像技术作了最完整的论述。与常速介质有严格关系的绕射双曲面在任何方位上的横截面都是双曲线。首先在各纵测线方向沿这种双曲线横截面进行振幅求和，并将求和得到的振幅值放在这些双曲线的顶点、经过这样处理后该双曲面就收敛为位于与第一次求和方向垂直的平面内的一条双曲线。这条双曲线包含第一次求和后放在局部顶点处的振幅值，并且位于横测线方向的平面内。然后，再沿该双曲线能量求和，并放在它的顶点上。该顶点也就是原先那个双曲面的顶点，即图像应置于该处的顶点。Gerden等(1978)建议用这种两步法实现三维偏移，即包括在纵测线和横测线上依次作两次二维偏移。

两步法的数学基本概念是在纵测线和横测线方向上的外推算子是完全分离的(claerbout，1985)。三线偏移的另一种方法是基于称为分裂(splitting)法的数值方法(Claerbout，1985)。在这种方法中，在每次向下延拓步骤时对纵测线和横测线的数据分别使用单独的外推算子。相反。完全分离法要求在一个方向上(如纵测线方向)完全完成偏移后，才在另一方向上运算。分裂法和分离法的运算顺序示于表1。

如上所述，基于全分离的三维偏移称为两步法，而基于分裂的三维偏移可认为是一步法。两步法之所以效率高，是因为它在计算机中颇容易进行数据管理，因而输入/输出的作业量也较少。因为在陡倾角和横向速度变化地区地下岩层的三维偏移特别重要。所以用二维ω-x算法(见附录C.3)进行一步三维偏移，并用于图6-25、6-27的实例中。在附录C.8中对三维偏移提供了简明的理论叙述。