三维叠前深度偏移及其并行实现

引言三维叠前深度偏移是油田勘探与开发中正确地进行构造解释和油藏圈闭的一种有效技术。三维叠前深度偏移技术以其良好的成像效果、巨大的运算量和巨大的数据量成为地震数据处理领域里最具实用价值、且最具挑战性的工程计算问题。三维叠前深度偏移技术主要包括四个方面的研究内容：①曾前深度偏移及其并行实现;②射线追踪与波场分布;③建立速度模型及其交互功能;④曾前深度偏移成像方法。本文通过叠前深度偏移技术在分布内存多处理机IBMSPZ上的实现,来探讨三维叠前深度偏移技术及其并行实现的问题。本文由三部分组成：第一部分描述…     

叠前偏移技术在准噶尔盆地逆冲断裂带地震资料处理中的应用

在准噶尔盆地南缘地区，应用叠前时间偏移技术和叠前深度偏移技术取得了明显的偏移效果。叠前时间偏移的速度分析是对CRP道集按一定间隔反复迭代修正，得到较准确的均方极速场。可得到信噪比较高、偏移归位较准确的成像剖面，叠前深度偏移是基于模型的，摆脱了地下介质为水平层状及各向同性的假设条件，利用射线追踪原理进行偏移，在整个处理过程中，利用层析成像等技术不断优化深度-速度模型，直至该模型达到较高精度，获得了偏移归位准确，较真实反映地下构造形态的深度剖面。图5参3。     

Kirchhoff弯曲射线叠前时间偏移及应用

基于射线追踪的Kirchhoff叠前时间偏移是一种高频近似方法，且利用射线追踪计算衍射走时需对速度场进行平滑处理。为了提高复杂介质中三维旅行时的计算精度，避开巨大的计算量，减少资料处理的成本，Kirchhoff弯曲射线叠前时间偏移近几年被提出来并逐步应用到实际资料处理中。该方法综合了Kirchhoff叠前时间偏移速度快、叠前深度偏移成像精度高的优点，利用层速度模型代替均方根速度模型来计算三维旅行时间。文章介绍了Kirchhoff弯曲射线叠前时间偏移的基本原理及利用层速度模型计算旅行时间的实现方法，并对四川某油气田资料进行了偏移成像。计算结果表明，Kirchhoff弯曲射线叠前时间偏移在保证计算效率基础上，较好地实现了复杂地质条件下资料的偏移归位。     

Born法叠前深度偏移在东濮地区的应用

随着勘探难度的进一步加大，叠前深度偏移成像技术已成为地球物理领域高度关注的技术之一。特别是随着高效率计算机并行化技术的发展和应用，如何使叠前深度偏移成像方法更好地为复杂构造、岩性和地层圈闭油气藏的勘探与开发服务已是当务之急。为了顺应形势的发展，文中基于高精度三维局部扩展的Born法叠前深度偏移方法研究了方便实用的偏移速度建模方法，并将该方法应用于东濮地区的实际成像处理中，通过与时间偏移成像的结果相对比，进一步体现了叠前深度偏移的实用性和优越性。     

大规模并行处理机三维叠前深度偏移

三维叠前深度偏移是研究复杂构造成像的有力工具，大规模并行处理机的并行效率为短周期完成三维叠前深度偏移奠定了基础。三维叠前深度偏移主要包括三个部分：旅行时计算、Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ求和、速度分析。利用深度偏移后的道集是否拉平进行速度分析，可以进一步修改速度模型。对中国东部实行资料处理表明了三维叠前深度偏移和偏移速度分析的优点，说明了用时间偏移进行复杂构造成像和圈团分析的危害，三维叠前深度偏移减小了钻井     

在Suez海湾应用修正的速度模型进行三维叠前深度偏移的一个实例

三维叠前深度偏移要求精确的速度模型。幸运的是：我们可以通过观察偏移结果，并利用它来改善初始的速度模型，然后再次做偏移。本文介绍了上述方法在Ｓｕｅｚ湾陡翼盐丘构造上获得三维资料中的应用情况。三维叠前深度偏移采用克希求的公式射线追踪。     

三维叠前深度偏移速度模型建立方法

在众多的地震资料偏移成像方法中,三维叠前深度偏移归位最精确的偏移方法,而速度模型则是直接影响偏移质量及效果的关键因素,针对三维叠前深度偏移处理,本文提出一套三维叠前深度偏移速度模型建立方法,该方法以叠前深度移为基础进行偏移速度和层速度分析,对速度模型的层位结构及速度纵、横向变化、采用三维可视化监控和交互方式修改,可有效地建立三维速度模型,为三维叠前深度偏移提供高的三维速度场。经实际三维资料处理证明     

叠前深度偏移技术在焉耆盆地宝南地区的应用

焉耆盆地宝南地区构造复杂，以往处理的三维地震资料品质差、信噪比低，三维叠后时间偏移成像效果差，断裂和圈闭的成像精度不高，空间位置不准确，为此进行了叠前深度偏移处理的研究。介绍了Kirchhoff积分法叠前深度偏移的基本原理和实现过程，分析了主要参数（去假频距离、偏移孔径、延拓步长等）对复杂构造成像效果的影响，给出了焉耆盆地宝南地区三维地震资料叠前深度偏移处理结果。对比分析了叠前深度偏移、叠后时间偏移和叠前时间偏移结果，分析表明，叠前深度偏移技术能较好地改善该区复杂构造的成像质量，提高资料的信噪比和分辨率。     

基于共成像点道集评价的偏移速度建模

 偏移速度建模的准确性直接影响叠前深度偏移成果的质量。本文以叠前深度偏移为基础,采用批量计算并结合计算机可视化交互方法做层速度分析。交互分析中能实时评判每个速度点的正确性,并根据剩余曲率准则进行动态调整。为了避免单点分析的不足和炮域多射线路径问题的不确定性,利用从交互分析得到的偏移速度进行真振幅叠前深度偏移,抽取共成像点道集,以此评价交互分析的质量,为波动方程叠前深度偏移提供合理、可靠的偏移速度模型。鉴于偏移速度分析的巨大计算量问题,采用多层次并行计算可达到较高效率,更具实用性。实际地震数据处理结果验证了本文偏移速度建模方法的可行性和有效性。     

为叠前深度偏移建立有效的速度模型

引言 只要有精确的侧向速度变化规律,叠前深度偏移就能给出地下反射层图像。然而,若要用叠前深度偏移给出精确的构造图像,必须要建立精确的速度模型。建立的这种速度模型应该是一个数据库,并且各偏移距要保持一致,也就是说,如果速度模型是正确的话,来自不同偏移距的图像必须保持一致。建立速度模型是一个典型的迭代过程,并且需要掌握大量的有关叠前深度偏移的计算技术。 将积分射线偏移技术用于叠前深度偏移,我们就能有效地建立一个速度模型,它可以产生各偏移一致的图像。射线偏移确定速度界面,共中心点道集深度偏移确定速度的精度。这种联合要比单独用叠前深度偏移更有效地逼进迭代模型。 当地下介质横向速度变化非常大时,用时间偏移会使地下图像失真,这是因为它没有考虑     

波前快速推进法三维走时计算技术

三维叠前深度偏移简称3DPSDM,是解决复杂构造和强速变化条件下地质体成像问题的有效工具,走时计算是其配套技术。波前快速推进算法是一种非常快速、准确稳定的计算走时的方法,不仅计算速度极快（大约比有限差分法快4－5倍）,而且对任何复杂速度场都具有无条件稳定性。该算法可用于三维克希霍夫叠前偏移、三维克希霍夫叠后偏移、三维速度分析和三维克希霍夫正演模型计算等。根据此算法,在SGI并行机上研制了并行计算软件,并对其进行了基准点测试。同时,还给出了SEG／EAGE模型的计算实例。     

三维VSP数据的波动方程偏移成像

常规的三维VSP地震数据偏移成像大都使用基于射线理论的Kirchhoff积分方法在共炮点道集中进行，因此对地下速度横向变化大的复杂构造区适应性差、效率很低。基于三维VSP地面激发井中接收观测系统的特殊性，利用地震波场的互易性原理，提出了一种在共接收点道集中进行三维VSP地震数据波动方程偏移成像的方法，不仅极大地提高了三维VSP偏移成像的计算效率，而且还适用于速度横向变化大的复杂构造区。为了利用时间域偏移成像方法对速度模型的相对不敏感特性，在三维VSP偏移成像中，借助于波动方程叠前深度偏移成像算法的概念，还提出了一种可以满足时间域速度模型横向变化要求的波动方程叠前时间偏移成像方法，拓展了波动方程叠前时间偏移成像的应用范围。     

省时2D叠前深度偏移

利用从地震剖面得到的倾角信息估算入射波方向，可以大幅度提高Kirchhoff偏移的计算效率。省时2D Kirchhoff叠前深度偏移方法通过对常规方法两方面的改进，提高了计算效率：1）以计算的射线参数或倾角参数作为先验信息，这样可以大大减少射线追踪的时间；2）通过一个设定的振幅门槛值对输入地震数据作压缩，进而减少总的计算时间。与常规的Kirchhoff偏移方法相比，该方法不需要建立旅行时表，因此它需要相对较小的内存和磁盘空间，以及I／O时间。合成理论数据测试表明，该算法计算效率明显提高。     

三维Born近似波动方程炮域叠前深度偏移

基于射线理论的Kirchoff三维偏移方法，在解决复杂构造的成像时遇到了困难。基于波动方程的三维叠前深度偏移对横向剧烈变速具有较强的适应性，且成像精度较高。Born近似傅里叶偏移方法，是基于小扰动假设，引入参考慢度，可以适应横向变速。利用频率波数域与空间频率域混合域偏移算子，构造出炮域波动方程三维叠前深度偏移算法，形成相应的处理流程。对SEG/EAGE盐丘模型数据集C的宽方位角三维数据进行了测试，实现真正全三维波动方程叠前深度偏移处理；对胜利油田CB地区部分海上实际资料进行了试处理。     

高精度克希霍夫三维叠前深度偏移及并行实现

针对三维叠前克希霍夫深度偏移过程中成像精度和偏移计算效率两项技术指标,工展了实用技术研究。一是为提高成像精度而一切的3个种反假频算法、3种走时插值方法、2种偏移孔径计算方法及振幅保真处理。二是为提高计算效率进行的并行处理机制研究,包括叠前数据分割、成像体分块、数据空间重排、内存控制、输入／输出效率的优化及利用偏移算子的局部解决跨节点负载平衡问题。采用国际通用的Mamousi模型,SEG／EAGE模型进行测试,成像度差小于5％,并行计算效率高达80％,应用于霍多莫尔118km^2的三维地震资料的处理后,取得满意结果。     

基于模型正演的叠前深度偏移

川西龙门山前缘构造非常复杂，逆掩推覆构造带构造形变强烈，构造幅度大，地层倾角陡，断块发育，波场复杂，速度横向变化大，常规叠后时间偏移处理成像效果较差。文章将地震资料模型正演技术应用到叠前深度偏移，探讨了一种有助于川西龙门山前缘逆掩推覆构造地震资料精确成像技术。先利用已有地震资料解释成果，根据地质任务建立二维地质模型，在此基础上进行射线追踪、模拟出单炮地震记录和自激自收剖面，从而对观测系统的最大炮检距、道间距等参数进行论证的一些实用方法，这些方法对地震资料采集具有很好的指导作用；然后根据这些结果，再比较准确地进行叠前深度偏移的初始速度模型建立，从而达到了复杂地表下复杂构造精确成像的目的。     

基于起伏地表的混合法叠前深度偏移

对于起伏地表条件下的叠前深度偏移，克希霍夫积分法可以灵活地处理起伏的地表条件，但是对于复杂构造成像的精度较低；而波动方程混合法偏移对复杂构造的成像精度很高，但是不易处理起伏的地表条件。本文实现了起伏地表条件下的波动方程混合法叠前深度偏移，从而达到既能使复杂构造精确成像，又能处理任意起伏地表的目的。从起伏地表开始的叠前深度偏移，将地表的高程校正隐含在了偏移本身的过程中，且比常规的高程校正更精确，因为常规的高程校正仅仅是垂向的静态时移，忽略了水平分量，而偏移过程中的高程校正则是按照波的实际传播路径来校正的。     

平面波射线追踪与面炮波场滞后时间成像

面炮(Arealshot)偏移技术是对实际炮集数据按照不同方向传播的平面波进行时间延迟并形成组合炮记录,然后分别作组合震源下行波的向下波场外推和组合记录上行波的向下波场延拓,在相遇深度得到该方向平面波成像的技术。本文基于面炮深度偏移技术,充分利用射线追踪计算量小和波动方程波场延拓具有良好振幅的特性,提出了用平面波射线追踪计算平面波组合震源下行波前走时和面炮波场滞后时间成像的深度偏移方法,着重讨论了有限差分程函方程(Eikonalequation)计算平面波传播时间和组合记录上行波场的滞后时间成像。     

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双平方根（DSR）方程为波动方程偏移提供了一种新的理论框架。基于“沉降观测”概念的DSR方程叠前深度偏移已经成为了一类重要的地震波成像方法。与单程波方程偏移方法相比，其计算效率要高很多，便于输出角度域的共成像道集，有利于开展波动方程偏移速度分析。DSR方程全偏移方法对计算机条件要求太高，且对地震勘探中大量存在的窄方位三维地震数据不太适用。文章结合DSR方程叠前深度偏移的波场传播算子与成像条件，讨论了它在窄方位三维地震数据成像中的应用问题，对比分析了几种稳相近似DSR方程偏移方法的特点与适用条件。数值试例表明，基于DSR方程的窄（共）方位角叠前深度偏移方法对盐丘（或礁体）、古潜山等复杂构造具有很强的成像能力，值得在石油天然气勘探中推广应用。