第6章-起伏地表条件下的叠前深度偏移

第六章起伏地表条件下的地震成像§6.1 概述叠前深度偏移与山地等起伏地表资料处理技术，已受到人们的高度重视，特别是地质家们，对叠前深度偏移技术寄予了较高的期望，希望通过叠前深度偏移处理解决他们所要解决的各种地质问题。

叠前深度偏移技术究竟要解决什么问题呢？回答比较简单：是要解决上覆地层速度横向变化剧烈时下伏地层界面反射如何正确偏移成像的问题。

因为在这种情况下，运用时间偏移成像技术是不能正确成像的。

要作好叠前深度偏移，达到预想的效果，就必须解决好以下几个问题：（1）基准面问题。

现有的偏移程序，大都建立在激发点和接收点位于同一个水平面上，这与我们需要进行叠前深度偏移处理地区的实际观测条件不相符合。

过去我们用静校正技术来解决这个问题，从波场延拓角度上来说，静校正使波场产生了畸变，再深度偏移时就会生成一系列的误差，严重影响深度偏移的效果。

当前，深度偏移效果明显的地方是墨西哥湾海上资料，在那里不存在偏移基准面不符合的问题。

对于陆上资料，而且是山地等起伏地表资料，这个问题就比较严重，必需想办法解决好这个问题。

（2）静校正问题。

叠前深度偏移也是一个叠加的过程，从运动学的概念上来讲，偏移是把每一个信息按照一定的轨迹叠加到各个点上去。

我们在计算轨迹时是不考虑静校正量的，当存在静校正量时，偏移轨迹就混乱了，达不到叠加的效果，也就不能实现正确的偏移成像。

要作好叠前深度偏移,首先必需解决好静校正问题。

由于山地等起伏地形和近地表速度变化对成像影响很大，传统的校正方式是将观测面校正到一个平滑后的浮动基准面上，但由于山地等复杂地表高程起伏大，基准面校正时差较大，引起波场较大的畸变，同时近地表速度模型对实际地下介质速度的改造也较大，使波场产生较大的畸变，不符合波场传播的规律。

因此从起伏观测面上直接进行叠前深度偏移还是被人们接受了。

要实现从起伏观测面直接进行深度偏移，必须首先用射线追踪或层析成像法反演出近地表速度，再进一步利用这种速度作深度偏移，替代的一种方法是先用近地表速度做波场延拓，转化到一个平滑的基准面，再用现有的方法作深度偏移。

目前，国内外都在极力研究这个问题。

准确的方法是先用初至层析法求出近地表速度，建立起近地表速度模型，将此速度模型合并到整个的总模型中，从起伏观测面直接进行深度偏移。

在做偏移处理时，一般要求偏移基准面是水平的，且偏移的零点应在激发和接收的地表。

在高差较大的复杂地区，很难同时满足这些要求，为了解决这些问题，钱荣钧在复杂地表区偏移基准面问题研究一文中提出以近地表斜面或圆滑面为偏移参考面的处理方法，然后在资料解释时再进行基准面转换，把以近地表斜面为参考面的资料转换为某一水平面为基准面的资料。

地表高差较大地区偏移基准面的选取问题一直是影响偏移处理效果的重要原因。

长期以来，不少人对这一问题作了研究，并提出一些解决办法。

主要的方法有：静校正法、零速度层法和波场延拓法。

静校正法是用静校正时移的方法把地震资料校正到一个水平基准面上。

由于只做了垂直方向的时移，没有考虑波的传播方向，因此改变了原时间剖面上绕射波的双曲线性质，偏移后收敛较差。

由于该方法仅满足基准面水平的条件，而没有考虑偏移原点应在地表这一因素，故这种方法是近似的，只能在地表与基准面的高差较小时使用。

零速度层法的基本思路是：先在近地表的参考面上做叠加，然后选择一个高于地表的水平基准面，给出一个填充速度（零或接近零），用静校正的方法把叠加剖面数据校正到这个水平基准面上。

然后从水平基准面开始做偏移处理，其中在水平基准面和地面之间所用的偏移速度为零或接近零，地表以下用实际介质的速度，这样既保证了偏移基准面是水平的，又保证了实际偏移从地表开始。

但这种方法存在的主要问题是填充速度问题，即不同的填充速度有不同的结果。

另一个问题是透射波在倾斜地表下的传播方向问题。

由于地表以上偏移速度接近于零，因而微小的地表倾角就会造成很大的透射角，与实际情况不相符。

若做深度偏移则误差更大。

波场延拓法基本原理是在偏移之前用波场延拓的方法把以地表激发和接收的资料延拓到某一水平基准面上。

延拓后的资料相当于在这一水平面上激发和接收的资料。

在此基础上再用常规的方式进行偏移处理。

该方法在理论上是正确的，但严格的实现起来还有不少困难，故在实际生产中目前还很少应用。

随着地震勘探的不断深入和发展，油气勘探的重点正转向复杂地表条件和复杂地质条件的区域：如山地、滩海、沼泽、沙漠和黄土源勘探以及复杂断块和潜山等复杂构造勘探。

目前我国东部陆地油气勘探的程度日趋饱和，促使我国油气勘探的战略重点向西部地形复杂地区转移，这对地震勘探工作提出了新的挑战。

而山地等复杂地表条件下的地震勘探是当今地球物理界所面临的世界性难题，其中最突出的两个问题就是信噪比低，静校正困难。

在陆地地震资料的常规处理中，针对地形起伏变化而引起的道间时差，通常采用的办法是高程静校正。

它的做法是在确定了基准面之后，利用估算出的地表速度计算一个垂直时差，用该时差对地震道做垂直校正。

这种简单时移方法的一个基础就是地表一致性假设（Hileman 等, 1968; Taner等, 1974），它的具体含义是静态时移只跟震源和接收点的地表位置有关，而跟波传播射线路径无关，这个假设对所有的射线（不考虑炮检距）在近地表是垂直的情况下有效。

在地表起伏不大、低速带横向速度变化缓慢的地区，地下浅、中、深层的反射经过低速带时，几乎遵循同一路径近乎垂直入射至地表，这时它们的静校正量基本相等，用简单的垂直时移进行校正，其处理精度是足够的。

在地表起伏剧烈且横向速度变化大的山地等地区，地表一致性假设将不满足，地震波经地下地层的反射在到达地表时的射线将不再垂直地表，因此这种简单的时移不能消除地形的影响和适当地调整同相轴的位置，因而在偏移成像时就不能准确地反映地下地质构造，尤其是斜层和陡倾角的反射层，将造成过偏移或欠偏移的现象。

在实际资料处理中，常常采用一种折衷的方法即利用修改偏移速度场的方法来解决这种情况，而这种修改偏移速度场的方法却没有什么标准，只能凭借处理人员的经验。

由此可见，其成像精度有待商榷。

针对高程基准面校正所带来的问题，许多学者做了大量的工作，Berryhill（1979）首先提出波动方程基准面校正的概念。

当时他用Kirchhoff积分法在零炮检距理论记录上，把一个已知的任意形状的观测面上的波场延拓到另一个特定的基准面上，从而完成波动方程基准面校正。

几年后，他又将这个思路扩展到叠前（Berryhill, 1984）。

基于这个思路，Berryhill （1984, 1986）、Wibbins（1984）、YilmazandLucas（1986）、Faye et al（1987）、Shtivelmen and Canning（1988）、Malloyetal（1990）、Schneider et al（1995）先后就波动方程基准面校正并结合层替换做了许多有益的尝试，使很多实际问题在某种程度上得到解决。

为了解决地表起伏变化剧烈对地下构造成像的影响，Reshef（1991）提出直接从非水平观测面开始的“逐步外推，逐步累加”的波场外推方式来实现深度偏移。

为解决高程静校正时移所带来的误差，将非水平观测面变为水平观测面，以便使用常规的偏移算子进行波场延拓，方便地做偏移，Beasley和Lynn（1992）提出“零速度层”的概念，这个思路非常有创意。

其具体过程如下：把基准面定在炮集所在区域地面的最高点或最高点之上的某一高度，在基准面和地表之间插入一个虚拟层，其速度为零或一个很小的值，然后做高程静校正把地震数据校正到这个基准面上。

这样进行修改后，就将非水平观测变成水平观测。

由于虚拟层的速度很小，波场外推时的传播可近似地认为是零，这样就利用波动方程外推的方式消除了高程校正时移，在到达实际地层时则恢复正常运算，从而消除了地形的影响。

“叠前层替代”的概念是Yilmaz and Lucas（1986）提出的，主要是为了消除海水层的影响。

先用海水的速度把观测波场外推至海底，然后用海底速度把波场反推至水面。

这样海水层与海底介质之间由于速度差异而引起的波传播射线的弯曲就不复存在了。

近年来研究的“波场延拓”法则是根据地震波在真实介质中的传播特性及波的可叠加性提出的，其具体实现过程为：先把基准面定在炮集所在区域地面的最高点或最高点之上的某一高度，将炮集以任意速度（最好用接近地表层的速度）反推到所定义的基准面上，将非水平观测变成水平观测，再采用更有效、精确的波动方程深度外推算子进行波场延拓，实现从非水平观测界面开始的偏移过程，解决起伏地形变化对地下构造成像的影响。

它克服了“零速层”法在计算上的不稳定因素，具体实施时更具有灵活性。

§6.2 波动方程基准面校正基准面的确定是地震资料处理中最重要的步骤之一，尤其是在地形起伏剧烈和近地表横向速度变化强烈的山地等地区更为重要。

常规地震资料处理中，针对地形起伏剧烈的地震测线，最常用的基准面校正方法是高程基准面校正，而高程基准面校正的一个基本假设就是地形起伏不大，近地表横向速度变化缓慢，只有在这种情况下其处理精度才能满足地震资料处理的要求。

这种简单的时移或者说高程校正，在基准面校正后不能较好地消除地形的影响及适当地调整同相轴的位置和对陡倾角的响应，从而降低速度分析精度，导致速度场的偏差，影响DMO处理及偏移成像的效果，造成过偏移或欠偏移。

为解决高程校正带来的误差问题，通常只能采用一种折衷的办法，即，处理员凭经验对速度场进行人工调整来改善偏移归位的效果，这是一种不得已的方法，借以弥补高程静校正带来的误差。

尽管基准面校正存在这些问题，但我们仍然要把野外地震数据校正到一个水平基准面上去，这不仅仅是因为常规的偏移算法都是从水平面开始，更因为地质家们也要求同一地区的地震剖面需要一个统一的基准面，以便对比。

那么是否有一种更好的方法来代替高程基准面校正呢?为解决这一问题，Berryhill（1979）提出了—种更有效、精确、复杂的方法，即波动方程基准面校正（wave equation datuming）。

这种方法自提出以来，经过二十多年的发展取得了很大的进步。

这种采用波动方程波场外推的基准面校正技术，可以将野外地震数据从地表面延拓到任一个平面，这个面可以是水平面，也可以是曲面。

运用这种方法，可以把观测面定义在任意的平面上，为后续处理奠定良好的基础。

从图6-1和6-2中可以清楚地看到：波动方程基准面校正与高程静校正的本质区别，从而更深刻地理解它们的不同含义。

图6-1a展示的是地下的一个散射点经波动方程基准面校正后，波场上延到高于地表的另一平面的射线路径图。

我们可以清晰地看到：波动方程基准面校正后，波的传播路径与在地表面进行观测的路径完全一致。