复杂结构下的成像

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1、第五章第五章 复杂结构下的成像复杂结构下的成像- 224 -第五章第五章 复杂结构下的成像复杂结构下的成像5.15.1 引言引言虽然第四章讨论的偏移方法是基于层状介质假设的，然而对这种基本算法 作简单的修改即可使其对轻微横向速度变化的情况得到精确的结果。例如，在 克希霍夫偏移中，均方根速度可以是在横向上变化的。在有限差分法中，只要 横向速度变化是缓慢的，就可以去掉薄透镜项，并且在绕射项中使用的速度函 数可以是横向变化的。f-k法(Stolt偏移)中，横向速度变化是通过在0-1间改变 拉伸因子来实现的。即使速度变化，这三种方法的输出仍是时间剖面，因此称 它们为时间偏移。当遇到强的横向速度变化时，

2、情况就不同了。这时简单的修改算法就不再 能提供足够的精度了，这时必须进行深度偏移，而不是时间偏移。尽管将沿绕 射双曲线的能量收敛到它的顶点，两类偏移都使用了一个绕射项，但是仅深度 偏移算法补充了明确考虑横向速度变化的附加的薄透镜项。与时间偏移不同， 深度偏移的输出是深度剖面。为了得到有地质意义的输出，深度偏移必须比时 间偏移的速度模型更精确。下面，我们将用不同复杂程度的速度-深度模型来论 证时间偏移与深度偏移之间的差异。强的横向速度变化常常与复杂的上覆岩层结构有关，在同时含有古生界和 较新岩石的褶皱带中的叠瓦状构造就是一个例子。另外，强的横向变化也与盐 刺穿有关。盐层下面的目的层成像被复杂盖层

3、的射线路径畸变复杂化了。具有 强的横向速度变化的另一类地质环境是不规则水底环境。在有强横向相变的区 域里，也可以发生强的横向速度变化。如，白云岩石灰岩蒸发岩碎屑岩的岩性变化可能与水平方向上的速度变化有关。复杂构造常常是三维的。在这一章，我们将假设地震测线是沿倾向方向 的，并且记录的波场是二维的。这个假设的有效性将在第6.5节进行考察。假如常规的CMP叠加近似地代表零炮检距剖面，则叠加后的时间偏移或深度 偏移能够产生一个地质上看来合理的地下图像。但在下面两种情况下就不是这 样的，即(a)具有不同叠加速度且倾角不同的相交同相轴或(b)强的横向速度变 化。对于第一种情况，在CMP道集上虽然不同倾角的

4、同相轴有双曲线时差，但同 相轴不可能用一个速度进行最佳叠加，严格的解法是做叠前时间偏移。对于第 二个问题，复杂的非双曲线时差通常与横向速度变化的复杂盖层之下的反射有 关，严密解法是做叠前深度偏移。OzOz YilmazYilmaz 地震资料处理地震资料处理- 225 -在4.4.1节已经讨论了第一个问题，在那里我们看到NMO之后进行了叠前部 分偏移(DMO)，CMP叠加以及叠后时间偏移，这就相当于做了叠前时间偏移。在5.3.2节我们会发现，第二个问题能通过叠前层代换之后的NMO、CMP叠加和叠后 时间偏移(加上深度转换)来解决，因为这个过程基本上等效于做叠前全深度偏 移。这两种情况下，其方法是

5、基于修改速度估计值并得到一个改进的未偏移的 叠加剖面这一基本原理的。但是这些代用方法的应用的确存在一些限制因素。 某些情况下，叠前部分偏移(DMO) 能增强多次波(4.4.1节)。当复杂 盖层有一个以上的速度层时，叠前层替换可能不实用。除了DMO和叠前层替换之外， 另一种代用的改善未偏移叠加剖 面的方法是沿关键层进行层速度 分析(HVA)。有时在叠加中限制炮 检距范围为小炮检距也能够产生 改善叠加的效果。其原因是穿过 复杂构造的射线，其路径在CMP道 集内大炮检距范围上可以有很大 差别。小炮检距可能有射线路径 相似性，而这种相似性则有可能 产生较好的叠加。该方法的缺点 是仅叠加近炮检距道可能损

6、害信 噪比。只要能够得到改善的叠加 剖面，这些代用方法都可以用。 其后通过做叠后时间偏移就可以 完成成像。如果这些改善CMP叠加 的努力失败，应当根据问题的性 质试用叠前时间或深度偏移。5.25.2 深度偏移深度偏移横向速度变化常常与陡倾角 有关，因此深度偏移算法应当适 合于处理陡倾角的资料。这一节 对所有的偏移(时间偏移和深度偏第五章第五章 复杂结构下的成像复杂结构下的成像- 226 -移)都使用65-x偏移算法。-x方法尤其适用于深度偏移，因为薄透镜项的 应用相当于频率域中的复数乘法。横向速度变化问题将用埋在介质中的一个点绕射源来研究，所用的介质有 五种不同形式的速度-深度模型。第一种速度

7、模型示于图5-1，相应的零炮检距 剖面由一条理想的绕射双曲线构成。因此，在散射源的成像中仅需要绕射项。 点散射源的地面投影在CMP240处并由垂向箭头指示与统射双曲线的顶 点相一致(即在一条铅垂线上)。时间偏移之后，绕射双曲线被收敛到它的顶OzOz YilmazYilmaz 地震资料处理地震资料处理- 227 -点。在本例情况下，它与点绕射源的CMP位置相一致。如果点绕射源位于第二层(如图5-2所示)时，考虑会出现什么情况。从散射 源到地面的射线路径在第一层与第二层的界面处按Snell折射定律弯曲，同样显 示在图5-2上的零炮检距剖面近似为双曲线。根据3.2节我们知道，在水平层状 模型中，旅行

8、时服从双曲线时差方程。然而，时差仅在小排列范围内才近似为 双曲线。与这个近似双曲线相应的速度是向下到绕射源的垂向均方根速度。假 设图5-2的速度-深度模型用图5-3的模型代替，那么，这时第一层的速度相当于第五章第五章 复杂结构下的成像复杂结构下的成像- 228 -图5-2绕射源的均方根速度(1790m/s)。伴随这个新模型产生的零炮检距剖面是 一条理想的双曲线(图5-3)。由初始模型(图5-2)得到的零炮检距剖面中的旅行时与该剖面双曲线旅行时之间仅在远侧有可以忽略不计的差异。而且这个近似 双曲线的顶点与绕射源的地面投影(箭头所指处)相吻合。因此，位于水平层状 模型中的绕射源的成像只需进行时间偏

9、移。这种时间偏移可以用克希霍夫求和 法(使用均方根速度)或有限差分法或f-k法来完成。后两种方法尤其适用于水平 层状速度模型和与之有关的界面处射线弯曲的情况。假设点绕射源位于第三层，如图5-4所示，这时不再有一个双曲线的绕射响应。此外，响应不对称，使得旅行时曲线的顶点A与绕射源的横向位置B不一 致。正如所预计的，时间偏移使部分能量向它的顶点A收敛，而A向左偏离绕射 源B的实际横向位置。为了使能量正确收敛，将其置于横向上的真实位置B，必须进行深度偏移， 如图5-4所示。深度偏移成像与真实地下位置B符合，其横向定位由薄透镜项来 完成。横向偏移量是不对称的绕射曲线A的顶点和散射体B的真实位置之间的距

10、 离AB。这个偏移量取决于发生在成像点上方界面处的射线弯曲程度。图5-4表明，不对称的绕射曲线A的顶点与垂直地面出射的射线地面位置相 一致，这个特殊的射线、即成像射线是Hubrat(1977)首先识别出来的。图5-4中 与点绕射源相应的成像射线大约在中点200处。绕射源自身则位于中点240之 下。因此，横向偏移量等于40个中点的距离。水平层状模型没有横向偏移问题(图5-2)，因为它没有横向速度变化。成像 射线出露的地面位置与绕射点的地面位置一致。对于轻微的速度变化，如图5- 5，其横向偏移小于10个中点。对于某些情况来说，这个小的横向偏移和完全收 敛并不是关键，因此，时间偏移可能像深度偏移一样

11、好。在这些情况下，薄透镜项的系数很小，可以忽略不计，这就是在轻微到中等程度的横向速度变化区 域，我们并不放弃时间偏移的原因。当上覆层如图5-6那样复杂时，由于回转波，畸变的绕射曲线表示出假的构 造。由此引起的结果能产生一条以上的成像射线。在本例情况下，有三条成像 射线出射在中点160、250和370附近，在这里时间偏移失效，这种散射源的成像 只能通过深度偏移得到。图5-1至图5-6研究了几个横向速度变化的例子。成像射线的特点和能量收 敛的质量决定进行时间偏移或深度偏移。如果成像射线的起始点和终止点有相 同的CMP位置(图5-2)，则只需做时间偏移。但是，如果成像射线偏离几个CMP位 置(图5-

12、4)，根据勘探的目标的特点。有可能要求做深度偏移。小的偏离(图5-OzOz YilmazYilmaz 地震资料处理地震资料处理- 229 -5)通常表明时间偏移收敛得好，因此也有较好的地下几何图形。由成像射线确 定的横向偏移能够用于时间偏移之后的数据或构造图，因此对解释人员来说反射面形状是最为关键的。大的成像射线偏离表明非常不正确的收敛，因此意味 着要做深度偏移而不是时间偏移。最后，如果多于一条成像射线与地下点相关 (图5-6)，那么深度偏移就是必不可少的。关于点绕射模型的这些观察结果，现在已推广到包含图5-6反射界面的速度 -深度模型。与这个模型相应的成像射线示于图5-7，沿成像射线向下到界

13、面2， 没有偏离铅垂方向，因此不需要做深度偏移来使这个界面成像。另一方面，成第五章第五章 复杂结构下的成像复杂结构下的成像- 230 -像射线向下旅行到了第3和第4界面时，它们将大大偏离铅垂方向。如CMP14O位 置开始的成像射线，到达第4界面为CMP180，偏移了40个中点，它们的合理成像只有通过深度偏移才能达到。已知速度-深度模型时，因为成像射线是确定偏移类型(时间或深度)的有力诊断工具，我们可以推断，成像射线对时间偏移剖面转换为深度剖面可能是很 有用的。图5-4可以看出，时间偏移将能量收敛到绕射曲线的顶点A，它与成像 射线的地面位置重合。时间偏移输出能够沿成像射线(而不是沿法向射线)转换

14、 为深度。沿成像射线绘图完成了与某些薄透镜项有关的作用。请注意，在每个向下延拓步中，薄透镜项的作用是依据空间速度变化进行垂向时移。由于对波场作 深度向下延拓时，薄透镜项和绕射项是以交替方式实施的，当横向速度变化剧 烈时(图5-6)，这两项的作用被强烈地交连在一起。当速度变化是中等到强时， 这两项常可以完全分开，相继使用而没有明显的误差。完全分开意味着薄透镜 项影响的校正可以在时间偏移之前或之后进行。如果在时间偏移之后作校正， 应当使用成像射线绘图。如果校正是在时间偏移之前进行，则通常使用垂向时 移绘图。实际上，时间偏移之前完成校正常常更好，因为它往往能提供收敛较 好的偏移结果。横向速度变化可能

15、是轻微到中等程度(图5-5)，强的(图5-4)或 剧烈的(图5-6)。得到深度剖面的四种方法及其必要条件示于图5-8。时间偏移对垂向速度变化模型来说是严格有效的。因为深度偏移直接执行 薄透镜项，所以它要求详细的速度模型，在这个模型中要考虑所有的横向速度OzOz YilmazYilmaz 地震资料处理地震资料处理- 231 -变化。如何得到详细的速度模型呢？ 如果我们确切地知道了详细的速度模型，那么我们也必然知道了地下地质 模型，因而也就没有必要做偏移了。 就此而论，深度偏移可视为是检验初 始地质假设的一种方法。所以，最好 的深度偏移是类似于图5-9所示的迭 代过程的结果。程序从速度模型开 始，该模型是根据最佳叠加剖面和其他可得到的信息(如井的资料)得到 的。对CMP叠加剖面用这个初始速度 模型进行时间偏移。其输出沿法向射线进行深度转换，并产生一个新的速度-深 度模型。接下来对CMP叠加剖面用这个初始速度-深度模型进行深度偏移，并解 释其输出。如果解释与初始速度-深度模型不符合，则修改模型，并再一次进行 深度偏移，如此反复不断迭代，直至深度偏移的输入模型与深度偏移后的剖面 符合为止(图5-9)，实际上，为了减少费用，开始几次迭代常常利用时间