复杂结构下的成像.docVIP

第五章 复杂结构下的成像 5.1 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，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。 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。 5.2 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(时间偏移和深度偏移)都使用65°ω-x偏移算法。ω-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