3三维叠前深度偏移技术-技术创新课件

三、大庆油田研究院三维叠前深度偏移技术创新常规处理是基础，地质认识是前提，速度建模是关键，最终偏移是体现。（1）技术叠前深度偏移是一个由叠后到叠前、从时间偏移到深度偏移、从克希霍夫积分法到波动方程偏移逐渐深入的过程，成像精度逐步提高。（2）应用叠前深度偏移是对研究区域地质认识逐步深入的过程，体现为偏移速度是在已知地质信息约束下，采用多次偏移迭代，逐步细化地质模型。叠后时间偏移叠前时间偏移克希霍夫叠前深度偏移波动方程叠前深度偏移１、三维叠前深度偏移技术的认识三维叠前深度偏移技术的应用涉及三方面内容，即地震资料预处理、偏移速度模型建立和三维叠前深度偏移算法，为了从原理上说明问题，展开正演模型研究及必要的系统扩展与实用软件开发研究。偏移成像常规处理速度建模构造解释走时计算偏移成像成像应用反褶积野外静校正观测系统叠前去噪叠加速度分析层位拾取叠后处理迭加速度分析断层解释均方根速度层速度求取沿层层析网格层析实体模型费马原理克希霍夫程函方程成像体成像道集波动方程波场重建偏移速度体地质分析叠后偏移剩余静校正叠前深度偏移处理流程Focus系统定义观测系统数据加载、检查置道头折射波静校正线性动校正图、炮检点位置图单炮初至显示，纵、横向叠加剖面，炮检点的静校正量平面图无不合理丢炮，丢炮率≤0.5%叠前噪音分类压制统一级别几何扩散、地表一致性振幅补偿地表一致性＋预测反褶积炮检点、高程、井深、覆盖次数图面波、高能、50Hz干扰压制效果图，去噪前后剖面、单炮补偿前后剖面、单炮、能量曲线参数扫描剖面、单炮子波整形剖面信噪比高、波形自然DMO叠加、保持振幅叠加剖面叠后零相位反褶积叠后时间偏移面元均化、叠加剖面T1达到65Hz,T2达到55Hz叠后随机噪音衰减GeoDepth系统剖面断点、断面清晰，绕射收敛静校正量，动校正后道集、剖面叠加速度分析、剩余静校正子波整形前后剖面层速度计算目标线叠前深度偏移速度调整分析质量控制叠前深度偏移CRP道集剩余延迟CRP道集拉平？剩余延迟量为零？拾取剩余延迟是否常规处理流程全工区叠前深度偏移CDP道集、叠加速度场质量控制炮点和测线系统计算能力

Linpack测试，计算峰值385.4GFlops/s，299/Top500群系统稳定性

89%，6.16-11.14，17/150天节点故障的恢复能力作业正在运行其间，发生停电故障，待重新加电后，系统对原先作业具有恢复能力节点运算效率偏移炮数、计算节点数、偏移时间的关系炮集波动方程偏移，计算节点增加，偏移时间线性减少克希霍夫并行偏移，超过96个节点，计算效率下降负载均衡分析集群硬件和操作系统不支持负载均衡负载均衡存在于网络和I/O部分，开发动态监测模块

２、集群系统应用性能测试１、野外静校正折射波静校正高程静校正微测井静校正组合应用２、噪声压制空变三角带通面波压制初至前能量检测压制噪声初至后振幅检测压制噪声50Hz干扰波检测压制减去法浅层折射波压制３、振幅补偿地表一致性补偿球面扩散补偿道集内能量补偿４、速度分析与剩余静校正非地表一致性剩余静校正内部模型道剩余静校正外部模型道剩余静校正蒙特卡洛剩余静校正５、反褶积地表一致性反褶积多道预测反褶积炮域反褶积频率域反褶积６、叠加保幅叠加

DMO叠加７、叠后偏移克希霍夫积分法三维一步法Focus地震预处理系统，136/360３、引进地震处理系统开发１、初始层速度模型建立叠后时间偏移剖面的层位解释叠加速度分析均方根速度分析深度域层速度转换，三维射线偏移初始层速度模型（三种速度填充方式）层间一致：松辽盆地，中浅层反射连续，层间厚度小层间梯度：海拉尔盆地，大套地层内层速度垂向变化大实体模型：特殊地质体，逆断层、岩丘、复杂地表GeoDepth叠前深度偏移系统，28/52３、三维叠前深度偏移笛卡尔费马原理克希霍夫球面费马原理克希霍夫笛卡尔程函方程克希霍夫波场重建克希霍夫共炮域波动方程２、偏移速度模型修改垂向剩余速度分析

沿层剩余速度分析网格层析：松辽盆地T4反射层以下的断续地震反射野外SPS文件处理软件提高工作效率保证工作质量集群和处理系统信息监控模块用户登录作业发送、监控进程管理集群系统资源监控负载均衡监控野外测量成果电子班报的标准SPS格式转换连片处理统一定义工区观测系统野外地震数据道序排列规则化

４、叠前偏移系统扩展与软件二次开发引进Paradigm软件：PSPC－－SSF偏移算法较为粗糙Kirchhoff偏移求速度试验不充分背景场：频率-波数域扰动场：频率-空间域５、波动方程叠前深度偏移算法研究开发波动方程叠前深度偏移波场外推波场外推是波动方程叠前深度偏移的核心外推算子决定偏移的计算效率及成像结果波场外推算子优劣的判别标准：适应剧烈的横向速度变化能对陡倾角反射进行成像具有较高的计算效率和计算精度具有较高计算并行度最大程度地确切描述波在复杂介质中的传播过程波动方程偏移两个步骤：波场外推、成像条件１、波场外推

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波动方程叠前深度偏移炮记录成像

该炮叠前记录),0,,(tzyxu=关于t做FFT变换

),0,,(wzyxu=当前炮震源模拟记录),0,,(tzyxd=关于t做FFT变换

),0,,(wzyxd=按叠前成像条件，由延拓后的频率域上下波场相关求和，得到深度的成像值层)zz,z(D+内下行波相移处理层)zz,z(D+内下行波总时移处理层)zz,z(D+内上行波相移处理层)zz,z(D+内上行波总时移处理波场外推成像-炮集叠前深度偏移流程特点：（１）在频率波数域进行相移偏移，收敛绕射波（２）在频率空间域中校正由于速度横向变化引起的时差（３）分步付立叶偏移方法在导出过程中舍弃了二阶速度扰动项

ΔV2的影响，因此它适用于横向速度变化不甚剧烈的情况（４）在频率波数域和频率空间域中交替进行，主要计算工作量在于快速付氏变换１、分步付立叶偏移方法：２、广义屏偏移方法：特点：（１）广义屏偏移方法是在分步付立叶偏移方法的基础上再加上一个补偿项，能够更好地适用于横向速度变化剧烈的情况。（２）补偿项在频率波数域、频率空间域中交替进行，付氏变换（３）与富立叶有限差分偏移方法在理论上等价，增加的计算工作量较少特点：（１）富立叶有限差分偏移方法是在分步付立叶偏移方法的基础上再加一个补偿项，来消除分步富立叶偏移方法舍弃了二阶速度扰动项造成的影响。（２）该补偿项是在ω-X-Y域中的有限差分项，快速付氏变换（３）与广义屏偏移方法相比，增加的计算工作量很大（４）能够更好地适用于横向速度变化剧烈的情况３、富立叶有限差分偏移方法：４、空间频率域有限差分偏移方法：研究状况：对Helmholtz根式方程展开的方法有：

Claerbout（1985）连分式展开；

Ruhl(1994)多程分裂法更精确地逼近单程波方程，使方位角误差达到最小

Zhang(2000)提出螺旋坐标系下的四程分裂有限差分解法王华忠(2000)在四程分裂有限差分解法基础上加入了误差补偿项，是目前最完善的空间频率域三维有限差分波场外推方法。关于成像精度，有如下定性结论:分步富立叶法最低，广义屏方法和富立叶有限差分法（两者精度相当）居中，空间频率域有限差分法最高。关于计算效率问题，有定性概念:分步富立叶法最高，广义屏方法次之，富立叶有限差分法再次之，空间频率域有限差分法最低。分步富立叶法偏移算子响应

广义屏方法偏移算子响应

富立叶有限差分法偏移算子响应

空间频率域有限差分方法偏移算子响应

２、偏移算子响应３、成像条件一次反射波成像条件的核心概念是Clearbout（1971）提出的激励时间成像条件：

下行波的到达时等于上行波的出发时激励时间成像条件原理其中：P为外推过的Zn层各空间点的上行波场，

S为外推过的Zn层各空间点的下行波场的共轭，

R为估计出的Zn层各空间点的反射系数RSGPiPr.

４、优化参数分裂步相移偏移方法

,

,

单程波方程波场延拓付式变换方程的解

SPGSPFFD关键问题逼近

GeneralizedScreen

计算

频率波数域相移频率空间域校正对SP方法做修正，能够适应强速度横向变化，易扩展到三维。但存在两个问题：1、逼近使用泰勒展式；泰勒展式在展开点（零点）附近精度高，但一离开展开点（零点），精度迅速下降。2、计算对高阶校正项又进一步引入泰勒展式，损失了第1步中对高阶逼近的效果。

进一步引入近似.

逼近

Fourierfinite-difference

计算

频率波数域相移频率空间域校正对SP方法做修正，精度高，适应强速度横向变化。但存在两个问题：1、差分方法的引入使得FFD对空间采样非常敏感。2、扩展到三维需要进一步引入分裂算法，会产生方向各向异性，多方向分裂弥补将导致计算量增大。

引入隐式有限差分.

,

,

二阶中心差分格式OptimumSplit-stepFourier

频率波数域相移对SP方法做进一步修正，精度高，适应强速度横向变化，易扩展到三维。,

直接逼近,

频率空间域相移高阶校正项其系数与速度、最大成像角度有密切关系.出发点FFDGSPOSPFFD、PSPC、广义屏偏移算子：二阶近似提高精度

e指数拟合采用一阶近似，损失了成像精度OSP算子：

采用直接拟合相移算子避免了两次近似造成的精度误差，用低阶近似达到较高精度，提高计算效率。实部真实速度2500米/秒，背景速度1500米/秒。分别用相移法,SP,GSP2,GSP4,OSP2,OSP4,FFD计算所得实部比较SPFFDGSPOSPPS真实速度2500米/秒，背景速度1500米/秒。分别用相移法,SP,GSP2,GSP4,OSP2,OSP4,FFD计算所得虚部比较虚部SPFFDGSPOSPPSSPGSP1OSP1GSP4OSP4300真实速度2500米/秒，背景速度1500米/秒。SP,GSP1,OSP1,GSP4,OSP4脉冲响应对比，图中红线为解析解（相移法）真实速度2500米/秒，背景速度1500米/秒。300处GSP1,OSP1,GSP4振幅比较小角度情况下：设计角度范围内OSP1优于GSP4GSP1GSP4OSP1Phas-shift计算时间：SP1GSP11.5OSP11.5GSP43SPGSP1OSP1GSP2FFDOSP2SP,GSP1,OSP1,GSP2,OSP2,FFDMarmousi

叠前深度偏移结果比较

OSP：采用1阶OSP方法，处理1束线计算网格为909X67X1000，间距dx=25米,dy=50米,dz=8米。尖峰频率25Hz,频率取值范围1-75Hz。每炮镶边Inline方向100道，crossline方向8道。采用曙光机15节点（双CPU1GHz)和联想机27节点（单CPU1GHz)，处理周期约为9days。完成具有大庆探区实际地质特点的两个理论模型设计和正演模拟，并获得理想的炮集采集记录、零偏移距采集剖面。

A模型：长度32km，深度5km，炮数320

B模型：长度13km，深度10km，炮数130观测系统：480道（240-0-240），道距25m

覆盖次数：60采用波动方程十阶有限差分算法进行模拟６、叠前偏移正演方法研究理论模型A时间构造剖面理论模型A深度域层速度剖面理论模型A经偏移速度分析求得速度剖面理论模型A速度剖面理论模型A叠前深度偏移剖面反射层速度(m/s)反射层反射层深度(m)物理点1深度物理点2深度平均误差成像速度真实速度速度误差成像真实误差成像真实误差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真实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结果速度模型一偏移结果速度模型二偏移结果速度模型三偏移结果原始地质模型：模型中三角形标识处为深度统计点位置在不同偏移结果中，按层位从上到下进行的60个点的深度统计比较。比较表明：速度-深度模型之间的差异越小，偏移结果之间越比较接近。差值=反演出的速度模型偏移结果中的深度值—真速度模型偏移结果中的深度值，误差值大的点基本上对应于速度模型与真实速度模型差异大的地方三种速度模型偏移结果中统计点的深度值相对误差（相对误差=绝对深度差值/真深度值*100%）

速度模型一最接近真实速度模型，其偏移结果中的平均相对误差值为：0.65%；模型二偏移结果中的平均相对误差值为：0.91%；模型三偏移结果中的平均相对误差值为：0.81%。偏移孔径:960CMPS偏移孔径:1377CMPS偏移孔径:2752CMPS偏移孔径:700CMPS偏移孔径:500CMPS以上不同孔径的叠前深度偏移结果对比表明：（1）偏移孔径(cmps)分别为2752、1377、960、700时，偏移结果基本上一致。（2）偏移孔径为500cmps时，成像效果比较差。尤其如图中标识处所示，没有得到准确、清晰的成像结果。（3）综合成像效果和机时来考虑，偏移孔径选择在默认的(960cmps)左右范围内进行偏移的话，均能得到满意结果。这样避免了用大孔径偏移时信噪比的降低及耗时，也避免了用过小孔径偏移时得不到满意的成像结果。偏移孔径:2752CMPS偏移孔径:1377CMPS偏移孔径：2752cmps偏移孔径：1377cmps偏移孔径:960cmps偏移孔径:700cmps偏移孔径:500cmps不同孔径叠前深度偏移后叠加剖面上的道统计结果对比表明：（1）偏移孔径(cmps)分别为2752、1377、960时，叠加剖面上的道统计结果基本上一致。而偏移孔径为700cmps时，道统计结果也大体上相似。但有细微的差别。（2）偏移孔径为500cmps时，剖面上的道统计结果差别很大。总的能量偏低。这就相当于只沿着双曲线进行了部分能量求和叠加。（3）从道统计结果对比表明，偏移孔径选择在默认的(960cmps)左右范围内进行偏移的话，就能得到满意结果。三种不同旅行时计算方法的叠前深度偏移结果：比较表明：运用最短路径和最大能量走时计算的叠前深度偏移成像效果优于初至走时法所得偏移结果。而最短路径和最大能量走时计算的偏移成像效果基本上一致。不同的旅行时计算方法既影响机时，也影响成像结果。用Fir