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1364 勘探 前沿 2010 年 11 月 专刊： 逆时偏移技术 通过 逆时偏移 计算 角道集 研究 YU ZHANG， SHENG XU， BING TANG， BING BAI， YAN HUANG和 TONY HUANG， 法国地球物理维里达斯集团公司（ CGGVeritas） 以 直接求解 双程波 动 方程为 基础 ， 逆时偏移（ RTM）技术 是 一种处理 强烈 横向速度变化的自然方法， 并且 地震图像 不 受 任何 倾角 限制 该技术已成为墨西哥湾盐下地震成像的标准偏移 方法 此外，还可以通过宽方位角（ WAZ）数据 采集系统 获得更好的地下反射、更多的方位角信息，进而大幅提高复杂上覆 岩 层之下的地震成像质量 由于在记录 地震波的传播方向上，宽方位角（ WAZ）数据更为丰富，因此逆时偏移（ RTM）和宽方位角（ WAZ）数据 采集 应并行 进行 为了进一步利用上述先进采集和处理技术，地球物理学家 需要如下基础资料： 共成像点道集（ CIG） 形式的叠前偏移数据；经 逆时偏移（ RTM） 所得 的最终叠加图像在理想的全方位海上数据采集过程中，地震道通常由炮点位置（ xs， ys）、接收点位置（ xr， yr）和记录反射时间（ t） 索引。

因此，地震数据可 表示为 五维空间（ xs， ys， xr， yr， t） 对其进行偏移处理，即可得到三维空间（ x， y，z）的地球反射图像 此处，输入数据为 五维 ，而输出数据为 三维 ，这表明，在地震数据成像 处理 过程中，有两个维度的数据属于冗余信息 受此影响，在地表每个位置， 都 需 要对地下构造进行 多次成像若将所有不同图像进行适当排序，即可 得到 共成像点 道集 图 1 二维 Marmousi 数据 集的全偏移叠加图像 图 2 Marmousi 数据集的炮域（ a）和偏移距域（ b）共成像点道集（ CIG） （ CIG）共成像点道集（ CIG）可用于 速度建模、偏移质量控制、以及地下属性解释 2010 年 11 月 勘探 前沿 1365 逆时偏移技术 图 3 在二维偏移输入数据中，用于描述其反射特征的属性共有五个（ xs， xr， ps， pr， t）（ a）输入数据中有两个倾 角 属性（ ps 和 pr），分别与 炮点的入射角和接收点的出射角相关；成像点需满足成像关系：ts + tr = t（ b） 如上所述，地震数据 冗余信息是 两维 的 。

因此，我们可自由选择 二维 域，以输出共成像点道集（ CIG）但 实际 处理过程中 ，应保证所选的域最佳且最利于处理、解释及后续分析 为什么要选择角道集？ 逆时偏移（ RTM）生成共成像点道集（ CIG） 时，最简单的方法是选择炮 域作为输出域，即以炮点位置（ xs， ys）作为共成像点道集（ CIG）的索引但 是，在进行常规基尔霍夫偏移 时 ，地球物理学家则倾向于通 图 4 成像关系错误 a）在共炮点成像中，局部相干同相轴可能被解释为两对射线，二者到达地表时的炮点和接收点位置相同、记录旅行时相同、接收点的角度也相同；（ b）在共偏移距成像中，局部相干同相轴也可能被解释为两对射线，二者的炮点和接收点位置相同、记录旅行时相同、两倾角之和相同 过地表采集数据的偏移向量（ xr − xs， yr − ys）对共成像点道集（ CIG）进行排序哪种方法更正确呢？本文中，我们将使用 Marmousi二维数据集，以说明不同域中的 共成像点道集（ CIG）形态 Marmousi 模型的叠加逆时偏移（ RTM）图像见图 1人们 普遍认为，若速度模型正确，所有的单个 炮点记录偏移应在相同的侧向位置、相同的深度形成特定的同相轴。

因此，当共成像点道集（ CIG） 1366 勘探 前沿 2010 年 11 月 逆时偏移技术 图 5 共角度域成像 点道集（ CIG），其记录道由成像点的反射角 θ索引 的同相轴呈 “平直状 ”分布时，表明偏移速度正确，将所有共成像点道集（ CIG）叠加即可获得最 相 关 图像通过聚焦分析验证速度模型时，共成像点道集（ CIG）同相轴的平直度是其中最重要的标准之一当共成像点道集（ CIG）的同相轴不平直时，地球物理学家将通过分析同相轴的曲率不断改进其偏移速度模型，并利用层析成象技术建立新的速度模型为了说明这些概念， 我们 特意选择了 11 个 位置（ 从左至右横跨 Marmousi 模型） ，并将其 共成像点道集（ CIG）输出到上述两个最常用 的 域 （图 2） 成像结果显示，即使偏移速度模型正确， 共炮点域成像 道集（ CIG） 依然 存在 噪声 ， 很难找到相干的平直状同相轴（图 2a）；相反， 共偏移距成像点道集（ CIG） 效果更好（图 2b）， 特别是在构造简单的地区 但是 在 中间地区 ， 速度模型的构造比较复杂（图 2b 中圆圈所示区域） ，共成像点道集（ CIG）的同相轴相干性较差 。

该道集 噪声较多 ，可拾取的平直状同相轴不多，并出现倾斜同相轴 由于 合成数 图 6 Marmousi数据集的 共角度域成像 点道集（ CIG）与图 2相比，同相轴更相干、更平直；偏移假象大幅减少 图 7 为了确定成像炮点 -检波器对，偏移距域的层析成像工具 必须 从拾取的地下位置发射多组镜面射线对（ a）而角度域共成像点道集（ ADCIG）层析成像更为直接（ b） 据体 的 速度模型 是 正确 的 ，因此其成像效果刚好与我们的预期相反 2010 年 11 月 勘探 前沿 1367 逆时偏移技术 图 8 2004 BP 二维数据集的直接逆时偏移（ RTM）输出图像受反射、反向散射波、首波和潜水波等影响，图中存在明显的偏移假象，这些假象主要分布于浅层，严重模糊了偏移构造的形态 为了理解上述问题 ，我们需要再次确定地震数据所包含的信息量其中，二维地震数据包括 三个维度（ xs,xr,t） 由于我们感兴趣的是横向相干 信号 ， 所以 沿炮点和接收点方向可拾取两个 倾角 属性 （图 3a）， 可 表示为ps 和 pr，这两个倾角分别与炮点的入射角和接收点的出射角相关（图 3b）。

因此， 在二维地震数据中，用于描述其反射特征的属性共有五个 （ xs， xr， ps， pr， t） 其中 ， 属性（ xs， ps） 惟一地 确定炮点的成像射线路径，而属性（ xr， pr） 惟一地 确定接收点的成像射线路径 对于地下 某点，若 ts（炮点到该点的旅行时）与 tr（该点到接收点的旅行时）之和等于所记录的双程旅行时（即成像关系： tx + tr = t） ，该点就成为潜在的成像点，即意味着此点可能发生发射 当生成 共炮点域成像 道集（ CIG）时，我们仅孤立地进行了单炮记录偏移 在这种情况下， 我们 并不清楚 各炮点 图 9 处理过程中，利用成像关系 ts+tr=t计算成像点（ a）逆时偏移（ RTM）射线将在速度模型的硬界面之上产生反射，所以，反射射线路径上的任何点（白色三角形）都符合 ts+tr=t（ b）因此，除真实反射点（黑色三角形）之外，逆时偏移（ RTM）还产生了许多虚假的成像点（白色三角形），继而形成低频偏移假象（ c） 的反射差异也就是说，在偏移处理过程中，我们 未利用 ps信息 因此，在处理过程中， 我们并 不能完全确定炮点成像射线 的 入射角。

当速度复杂时，成像射线路径可能相交，并且在不完全约束条件下（仅考虑（ xx， xr， p， t），不考虑 ps），满足成像关系的地下点可能不止一个，如图4a 所示 通过上述分析，即可解答为何 共炮点域成像 道集（ CIG）中存在 众多 偏移假象 ，进而 干扰平直状同相轴的拾取 共偏移距成像 点道集（ CIGs） 也 存在类似的问题在 共 偏移距 偏移 处理过程中， 我们不知道 ps 和 pr的具体值 ， 仅知道二者之 和（ ps + pr） 如图 4b所示， 在普通介质中， 1368 勘探 前沿 2010 年 11 月 逆时偏移技术 图 10 通过角度切除消除偏移假象 a） 2004 BP 数据集的 共角度域成像 点道集（ CIG）， 0-60°（反射角）道集未见假象 b） 2004 BP 二维数据集 0-60°叠加图像 共 偏移距 偏移 也不能 惟一地 确定成像点 由此可得出以下结论：由于 不能 惟一地 确定成像关系，任何地表属性索引的 共成像点道集（ CIG）都 将 出现偏移假象 Xu等人（ 2001）曾研究过上述问题，并提出了 生成 无假象 共成像点道集（ CIGs） 的解决方案，即用参数表示地下反射角度域（图5）。

本文 同样利用 Marmousi数据集对其进行了 测试， 测试结果显示：即使在复杂构造背景下， 共角度域成像 点道集（ ADCIG） 也能形成高相干 且 平直 的 同相轴，并 可 大幅减少偏移假象（图 6） 这些道集有助于地球物理 图 11 真振幅逆时偏移（ RTM）测试 a）介质速度 v=（ 2000+0.3z） m/s时， 5个水平反射面的共炮点记录 b）由真振幅逆时偏移（ RTM）得到的 共角度域成像 点道集（ ADCIG） c）由（ b）得到的振幅随入射角变化（ AVA）曲线 学家评估成像质量 、 拾取层析成像所需的同相轴曲率 此外， 共角度域成像 点道集（ ADCIG）还简化了 层析成像算法 如图 7所示， 常规 共偏移距成像 点道集（ CIG）仅能提供地表偏移信息为了确定 成像 炮点 -检波器对，层析成像工具必须从拾取的地下位置发射多 组 镜面射线 对 （图 7a）但是， 共角度域成像 点道集（ ADCIG）可直接 将其 输入 层析成像工具通过拾取的反射界面位置和倾角以及从 共角度域成像 点道集（ ADCIG）获得的反射角信息，可明确界定成像点的镜面射线对（图 7b）。

为什么要通过逆时偏移（ RTM） 计算 角道集 ？ 单程波动方程偏移（ OWEM）和逆时偏 2010 年 11 月 勘探 前沿 1369 逆时偏移技术 图 12 由 Garden Bank 地区宽方位角（ WAZ）数据所得到的垂直横向各向同性逆时偏移（ VTI RTM）叠加图像 图 13 三维 共角度域成像 点道集（ ADCIG）的垂直横向各向同性逆时偏移（ VTI RTM）实例 a）考虑所有 7 个分布时，输入数据中地震道的方位分布 b）反射角为 0-40°时， 6 个方位角（从左到右依次为 0， 30， 60， 90， 120 和 150°）的三维 共角度域成像 点道集（ ADCIG） c）仅考虑宽方位角（ WAZ）采集系统的中心分布时，输入数据中地震道的方位分布 d）仅利用中心分布生成的三维 共角度域成像 点道集（ ADCIG），以模拟窄方位角（ NAZ）采集系统（与 b 比较） 移（ RTM）生成 共炮点域成像 道集（ CIG）时，均不会造成附加成本但是，由于存在前文所述的问题，地球物理学家并不青睐此种共 炮点成像 道集（ CIG） 在 生成偏移距域共 图 14 利用逆时偏移（ RTM）三 维 共角度域成像 点道集（ ADCIG）进行盐下层析成像前后的叠加图像对比，（ a）为层析成像之前的图像，（ b）为层析成像之后的图像。

层析成像之后，图中红色椭圆中的构造更明显 成像点道集（ CIG）时， 上述两种偏移方法均需支付高昂的计算 费用 与基尔霍夫偏移（免费输出 共偏移距成像 点道集（ CIG））相比，以波动方程为基础的偏移处理在成本上明显处于劣势 Sava 和 Fomel（ 2003）提出了简单的方法：即。