地震勘探基础（十一）之水平叠加处理

水平叠加处理

地震资料经过预处理，静校正，反褶积，速度分析和动校正处理后就要进行水平叠加处理。地震水平叠加处理是地震常规处理的重要环节。

假设一个共中心点道集有三个地震道，经过速度分析和动校正以后，水平叠加以后的有效波就得到增强，随机干扰得到有效的压制。

如下图所示，三个共中心点道集经过动校正后浅层有畸变，畸变切除后的道集即可水平叠加。

共中心点道集经过动校正后叠加起来，每一个共中心点道集叠加以后就变成了一道。

把水平叠加以后的道紧凑地排列起来，横轴为测线方向的地面坐标，纵轴为反射波的双程旅行时。

每一个共中心点道集都如上处理，直到把测线上的所有的共中心点都处理完。最终可以得到比较真实反映地下地层形态的水平叠加剖面。

将工区中所有地震勘探的测线都这样处理，有多少条地震测线就有多少个水平叠加地震剖面。

为什么地震水平叠加剖面能够提高信噪比呢？设水平叠加后的总输出 $F(t)$ 为动校正后各道地震波 $f(t-\delta t_k)$ 的叠加，各道地震波波形没有变化，各道只存在剩余时差 $\delta t_k$，其中 $k=1,\mathrm{2...},n$，$n$ 为地震多次覆盖的次数，那么水平叠加后的频谱 $F(\omega )$ 等于无剩余时差 $f(t)$ 的频谱 $f(\omega )$ 乘以 $K(\omega )$。

根据傅里叶变换的时延定理，可以得到滤波器 $K(\omega )$ 指数求和的表达式，这个滤波器就成为叠加特性函数。叠加特性的振幅特性函数 $K(\omega )$ 也可用正余弦表示，如下图所示：

为了方便研究，可以将叠加特性函数除以覆盖次数 $n$ 进行归一化。

分析 $P(\omega )$ 可以得知，一次反射波不存在剩余时差，叠加后得到增强。只要合理设计地震野外观测系统参数，就可以让一次反射波在通放带通过，让存在剩余时差的干扰波在压制带被压制。

从多次叠加的频谱特性曲线图上知道，在设计地震野外观测系统参数时，应该充分考虑这一因素，不能让通放带太窄。多次覆盖水平叠加尽管提高了信噪比，但是由于水平叠加以后频带变窄，地震分辨率相对变低。

水平叠加的统计效应和检波器组合法的统计效应在数学原理上相似。当道集内个道炮检距的差值大于相关半径时，则各道的随机干扰就是互不相关的。当进行了 $n$ 次覆盖后，随机干扰只增强了 $\sqrt{n}$，而有效波则增强了 $n$ 倍。所以多次叠加对随机干扰的压制效果优于检波器组合法。

那么影响水平叠加的因素主要有观测系统，地震速度，界面倾角和时距曲线特征等。随着道间距 $\Delta x$ 的增加，通放带变窄，变陡，压制带向左移，有利于压制与一次波速度相近的多次波干扰波。但是 $\Delta x$ 不宜过大，太大会使一次波也被压制。$\Delta x$ 过小，干扰波也处于通放带，不利于压制。

偏移距越大，通放带越窄，有利于压制与有效波速度相近的规则干扰波。太大会导致规则干扰波进入二次极值区，影响压制干扰波的效果，也会损失浅层有效波。

覆盖次数 $n$ 越大，通放带越窄，对多次波的压制效果越好。过大会不利于尚存在剩余时差的有效波。

下图展示了叠加次数不同的地震剖面。覆盖次数的提高有利于地下构造的清晰成像。

动校正速度对水平叠加效果也有比较大的影响，如果速度正确，能够将反射波同相轴实现叠加，叠加效果就会变好。

如果速度太低或者太高，反射波同相轴较不直都会使有效波叠加效果变差。

另外，地层倾角对于叠加效果也有影响，当地层倾斜时，如果我们仍然按照水平界面情况下，多次覆盖观测系统进行观测，能满足共中心点（CMP），但是不能满足共深度点（CDP）和共反射点（CRP）。

而且反射点分散在界面一定范围内比与界面的倾角有关，存在倾角时差。因此，如果使用水平叠加的方法处理倾斜地层必然影响叠加的实际效果。

因此，必须进行倾斜地层的倾角时差校正。在倾角时差（DMO）校正后在进行水平叠加，该方法也叫做叠前部分偏移。

但是 DMO 校正后的位置离真正反射点的位置依然有偏差，应该应用更好的叠前和叠后偏移的方法让反射点真正归位。

在地下构造复杂，速度横向变化剧烈的情况下，反射波的时距曲线本身不是双曲线，特别是在三维地震勘探中，反射波的旅行时还与炮检方位角有关，因此，无论采用什么动校正速度，可能都不能把时距曲线校成直线，这就会严重影响水平叠加的效果和成像的精度。因此我们可以采用叠前偏移叠加其它一些方法来取代水平叠加处理。

常规的水平叠加剖面是对共中心点道集的全部炮检距进行 NMO 校正后叠加。全炮检距水平叠加剖面不利于储层预测和油气检测。

因此，在常规水平叠加处理基础上，还提出了角度叠加或者部分角度叠加的概念。在部分角度叠加剖面上，可以解释出全叠加剖面上没有的地质或者是油气特征。