55

6.5 3-D МИГРАЦИЯ

Чтобы понять 3-D миграцию, рассмотрим точечный рассеивающий объект, рас- положенный в среде с постоянной скоростью. Годограф при нулевом выносе в двух из- мерениях представляет собой гиперболу. Мы представляем, что в трех измерениях это будет гиперболой. Миграция в двух направлениях эквивалентна суммированию ампли-

туд вдоль годографа дифрагированной волны с последующим размещением результата на вершине годографа. Эту идею можно распространить на 3-D случай. Миграция в трех измерениях эквивалентна суммированию амплитуд по поверхности гиперболоида. В Разделе 4.2.1 мы узнали, что простая методика суммирования амплитуд дифрагиро-

ванной волны может быть улучшена путем введения некоторых поправок за амплитуду и фазу. Эти поправки основаны на интегральном решении Кирхгоффа скалярного вол- нового уравнения [уравнение (4.6)]. Schneider (1978) приводит детальное теоретическое обсуждение 3-D миграции Кирхгоффа с примерами полевых данных. В основном в 3-D миграции интегрирование в уравнении (4.5) выполняется по поверхности площади 3-D съемки, а не по 2-D сейсмическому профилю. При 2-D миграции в суммирование мо- жет быть включено до 300 трасс. Для 3-D случая это означает, что в процесс суммиро- вания может потребоваться включить до 70000 трасс. Возникают проблемы оперирова- ния таким большим количеством трасс.

Рис.6.23 (а) Оценка скорости, зависящей от азимута,
включает деление трасс, находящихся в выборке, на
блоки (в данном случае на три блока) с оценкой ско-
ростей суммирования для каждого блока. (b) Соот-
ношение для скорости NMO, полученное из геомет-
рических построений на рис.3.17, представляет собой
уравнение эллипса в полярных координатах [уравне-
ние (3.9)]. Радиальная координата представляет ско-	Рис.6.24 Скорости суммирования, зависящие от азимута,
рость NMO при данном азимуте, которым является
полярный угол α.	в трех точках при наземной 3-D статике.

6.5.1 3-D миграция во времени, выполняемая за два прогона и за один прогон

Рассмотрим некоторые практические альтернативы процесса суммирования по поверхности гиперболоида. Наиболее полную оценку методик получения 3-D изобра- жения дает Ristow (1980). Гиперболоид дифрагированной волны, ассоциированный со средой с постоянной скоростью, имеет гиперболическое сечение в лбом направлении.

Выполним суммирование вдоль гиперболических сечений в продольном направлении и расположим суммарные амплитуды в локальных вершинах этих гипербол. Происходит сжатие гиперболоида в гиперболу, которая находится в плоскости, перпендикулярной направлению первого суммирования. Эта гипербола включает суммарные амплитуды в локальных вершинах и находится в плоскости, поперечной профилю. Далее, суммиру- ем энергию вдоль этой гиперболы и расположим результат суммирования в ее верши- не, которая является также вершиной первоначальной гиперболы и находится там, где

56

должно быть помещено изображение. Gardner и др. (1978) предложил этот двухшаго- вый подход для выполнение 3-D миграции. Он включает две последовательные 2-D ми- грации в продольном и поперечном направлениях.

Математическим представлением двухшагового подхода является полное разде- ление операторов экстраполяции в продольном и поперечном направлениях (Claerbout, 1985). Другой метод 3-D миграции основан на числовой процедуре, называемой сплиттинг (Claerbout, 1985). Здесь операторы экстраполяции независимо применяются

к данным в продольном и поперечном направлениях на каждом шаге продолжения вниз. В отличии от сплиттинга полное разделение операторов требует завершения ми- грации в одном направлении (например, в продольном), прежде чем может быть вы- полнена какая-либо операция в другом направлении. Последовательность операций в методах сплиттинга и разделения на рис.6.25.

Как упоминалось выше 3-D миграция, основанная на полном разделении извест- на как двухшаговый подход. 3-D миграция, основанная на сплиттинге, считается одно- шаговым подходом. Эффективность двухшагового метода связана с тем, что управле- ние в компьютере существенно упрощается и, следовательно, количество операций ввода/вывода уменьшается.

Поскольку получение 3-D изображения разреза становится особенно важным на площадях, характеризующихся значительными углами наклона отражающих поверхно- стей и изменениями скорости в латеральном направлении, в этом разделе показан 2-D алгоритм омега-х (Приложение С.3), реализованный для одношаговой 3-D миграции. Кратное теоретическое описание 3-D миграции дается в Приложении С.8.

На рис.6.26 и 6.27 показаны импульсные отклики 3-D операторов, соответст- вующих наклонам 15° и 45° для одношагового подхода. Соответствующие 2-D опера- торы показаны на рис.4.90. Выбранные профили и временные фазы представлены для того, чтобы лучше показать форму откликов. Имеется 101 продольный профиль и 101 поперечный профиль. Идеальный 3-D импульсный отклик представляет собой полу- сферу. Отклик, соответствующий наклону 15° (рис.6.16), выглядит симметричным от- носительно центральной точки (обратите внимание на почти круглую форму на вре- менных срезах), хотя времена пробега не вполне корректны. Оператор, соответствую- щий наклону 45° (рис.6.27), формирует более точные отклики (особенно в продольном и поперечном направлениях), но ошибка определения времен пробега не обладает ази- мутальной симметрией (см. Приложение С.8). Наибольшая ошибка возникает по двум диагональным направлениям. Ristow (1980) обсудил дальнейший сплиттинг оператора 3-D миграции по двум диагональным направлениям (в дополнение к продольному и поперечному направлениям), как способ достижения временного среза, более близкого к окружности. Он также дает аппроксимацию методом наименьших квадратов (для оп- ределения угла падения) оператора 3-D миграции двумя операторами при 2-D мигра- ции.

Двухшаговый подход для 3-D миграции действителен для среды с постоянной скоростью (Ristow, 1980; Jakubowicz и Levin, 1983). Поскольку мы никогда не имеем дело с такой средой, резонно задать вопрос о практическом значении двухшаговой 3-D миграции. Рассмотрим модель, где скорость изменяется в вертикальном направлении

(рис.4.112).

Рассчитаем 3-D отклик при нулевом выносе трех точечных рассеивающих объ- ектов, находящихся в разрезе под центральной точкой (32) в середине продольного профиля (32) на границах слоев. На рис.4.61 эти объекты обозначены звездочками. На рис.6.28а показаны четыре продольных профиля, выбранных из этих 3-D данных с ну- левым выносом (данные состоят из 63 продольных и 63 поперечных профилей). Откли- ки обладают круговой симметрией; отклик, соответствующей меньшей глубине, пред- ставляют собой совершенный гиперболоид, а два других отклика, которые соответст- вуют большим глубинам, можно аппроксимировать гиперболоидами.

57

Одношаговая 3-D миграция сжимает энергию к вершинам трех поверхностей, образуемых временами пробега в центральной средней точке (32) центрального профи- ля (32) (рис.6.28b). Сейчас рассмотрим двухшаговую 3-D миграцию. Сначала выполним миграцию в продольном направлении (рис.6.28а). Центр профиля (32) мигрирует над- лежащим образом, но для профилей, удаленных от центрального, происходит переми- грация, которая увеличивается по мере удаления от центрального профиля. Кроме того, в пределах одного профиля, например, 2, чем на меньшей глубине находится дифраги- рованная волна, тем больше величина перемиграции. Это просто понять, если обра- титься к скоростной модели (рис.4.61).

Разделение	Сплиттинг
3-D суммарные данные	3-D суммарные данные
Цикл 1 По продольным профилям	Цикл 1 По глубине.
Цикл 2 По глубине.	Выполнить продолжение вниз
	в продольном направлении
Выполнить продолжение вниз и	Выполнить продолжение вниз
применить принцип получения	в поперечном направлении
изображения.	и применить принцип получения
	изображения
Закрыть цикл 2.
Закрыть цикл 1.	Закрыть цикл 1.
Отсортировать данные по
поперечным профилям.
Цикл 3 По поперечным профилям
Цикл 4 По глубине
Выполнить продолжение вниз и
применить принцип получения
изображения.
Закрыть цикл 4.
Закрыть цикл 3.

Рис.6.25 Алгоритмы для 3-D миграции, основанной на методиках сплиттинга и разделения операторов миграции.

На профилях, удаленных от центрального профиля, вступления 3-D дифрагиро- ванной волны появляется на более поздних временах, например, профиль 2 на рис.6.28а. Поскольку скорость изменяется с глубиной, дифрагированные волны на профиле 2 становятся мигрированными со скоростями, которые превышают истинные скорости, ассоциированные с этими дифрагированными волнами. На профиле 2 дифра- гированные волны поступают от точечных рассеивающих объектов, расположенных ниже центрального профиля 32. Поскольку скорости, соответствующие поздним вре- менам, используются для миграции энергии, сформированной объектами на малой глу-

58

бине, дифрагированные волны, поступившие на профиль 2 не из его плоскости, явля- ются перемигрированными. Отсортируем данные в поперечные профиля (рис.6.28d). Необходимо отобразить только те профиля, которые располагаются ближе к централь- ному профилю. Большая часть энергии была сжата на центральном профиле (32); одна- ко, поскольку существует зависимость скорости от глубины, на первом шаге была вве- дена ошибка и некоторое количество энергии на соседних профилях. Ошибка более значительна для рассеивающих объектов, расположенных на меньшей глубине. Мигра- ция в поперечном направлении, сжимает большую часть энергии в центральную сред- нюю точку (32) (рис.6.28е). Снова отсортируем данные в продольные профиля (рис.6.28f) и сравним их с результатом миграции (рис.6.28b).

Рассеивание энергии в соседние средние точки вызвано ошибкой двухшагового подхода в присутствии изменений скорости в вертикальном направлении. Результаты, показанные на рис.6.28, предполагают также, что чем больше вертикальный градиент скорости, тем больше ошибка, введения двухшаговым подходом. Другим важным мо- ментом является то, что при двухшаговом подходе и для функции v(z) небезразлично, в каком направлении выполняется первая миграция. Размывание суммарных амплитуд будет наибольшим в том направлении, в котором выполняется первый шаг 3-D мигра- ции.

Сейчас рассмотрим реальные условия. Теоретически верно, что двухшаговый метод дает хорошие результаты только для скоростей, которые медленно изменяются в вертикальном направлении, и не изменяются в латеральном направлении. С другой стороны, двухшаговый подход имеет преимущество с экономической точки зрения, особенно для крупных 3-D съемок. Вопрос также заключается в зависимости точности алгоритма миграции от точности скоростной модели, используемой для миграции. Во многих практических ситуациях ошибка, вызванная двухшаговым подходом, меньше возможных ошибок, ассоциированных с неопределенностью скоростной модели. Сле- довательно, для случая реальных данных сложно сказать, чем вызвано размывание суммарных амплитуд – ошибками определения скорости или двухшаговым подходом. На практике мы часто находим, что двухшаговый подход дает приемлемые результаты на площадях, характеризующихся малыми наклонами отражающих поверхностей, уме-

ренными вариациями скорости в вертикальном направлении и вариациями скорости в латеральном направлении не выходящими за пределы миграции во времени.

Сейчас рассмотрим пример полевых данных на рис.6.29. Вверху слева показан суммарный разрез по продольному профилю, а вверху справа – суммарный разрез по поперечному профилю наземной 3-D съемки. Миграция в продольном направлении да- ет разрез, показанный в среднем ряду. Обратите внимание на частично сжатую энергию дифрагированной волны на разрезе по продольному профилю (в середине слева) и на заметное улучшение энергии дифрагированной волны на разрезе по перечному профи- лю (в середине справа). Сортировка данных и мигрирование в поперечном направлении дает результаты в нижнем ряду. Это разрезы после двухшаговой 3-D миграции.

На рис.6.30 дается сравнение двухшаговой (средний ряд) и одношаговой (ниж- ний ряд) 3-D миграции одних и тех же продольного и поперечного разрезов (верхний ряд). Кажущаяся перемиграция (ниже А), отмечаемая на результате двухшаговой ми- грации может быть отнесена за счет ошибки двухшагового подхода, причиной которой является значительные вертикальные градиенты скорости, ассоциированные с этими данными.