叠前深度偏移成像处理技术应用研究

报告编号：OGC-A-017 出品方：北京经纬智汇信息咨询有限公司 报告日期：2026年7月 保密级别：内部参考（限公司及授权对象） 版本：V1.0 赛道归属：物探测井与数字油田 · 地震与物探 报告级别：A 级专题深度研究

执行摘要

叠前深度偏移（Pre-Stack Depth Migration, PSDM）是当代地震资料处理成像的核心技术与技术制高点，其本质是在深度域、于叠加之前，将地震反射能量归位到真实地下空间构造位置的成像过程。相较于叠前时间偏移（PSTM），PSDM 能够正确处理横向速度剧烈变化的复杂介质，是盐下、山前逆掩、复杂断块、深水浊积、碳酸盐岩缝洞等"高难度"勘探目标成像的唯一可靠手段。经过对全球技术文献、厂商资料、专利格局与市场数据的系统调研，本报告形成以下核心判断：

核心结论一：PSDM 已从"选做项"变为复杂区勘探的"必选项"，技术主战场已由成像算法本身转向深度域速度建模。 当前 Kirchhoff、高斯束、单程波、逆时偏移（RTM）四大算法体系均已成熟商用，RTM 凭借双程波动方程对任意复杂波场（含回转波、棱柱波、多次波）的完整刻画，已成为盐下与陡倾构造成像的行业标杆。然而成像质量的"天花板"已不再取决于偏移算子精度，而取决于深度域速度模型的准确性——业界普遍共识是"偏移只能做到速度模型允许的精度"，速度建模已成为 PSDM 全流程中耗时最长（占整体周期 60%–70%）、最依赖人工经验、最影响最终成果的瓶颈环节。

核心结论二：全波形反演（FWI）与最小二乘偏移（LSM/LSRTM）正在重塑 PSDM 技术范式，"FWI 建模 + LSRTM 成像"成为高端成像的新一代黄金组合。 FWI 从早期依赖低频、易陷入周波跳跃的实验室技术，演进为时间域 FWI（TLFWI）、弹性 FWI（E-TLFWI）等工程化产品，可直接产出高分辨率速度模型并生成 FWI 成像剖面；LSRTM 通过反演框架补偿采集照明不均与偏移假象，显著提升深层弱信号与保幅成像质量。二者叠加将 PSDM 从"运动学成像"推进到"动力学高保真成像"，但代价是算力需求呈数量级上升。

核心结论三：全球竞争格局呈"欧美双寡头 + 中国追赶"三级分布，中国在算法工程化与算力自主两端仍存在代际差距，但差距正在快速收窄。 国际市场由 SLB（斯伦贝谢，含原 WesternGeco 及 Omega 处理平台）与 Viridien（原 CGG，2024 年更名）两强主导高端成像服务与软件，TGS、Shearwater、PGS（已并入 TGS）等构成第二梯队。中国以东方地球物理公司（BGP）及其 GeoEast 一体化软件为自主可控核心载体，已实现 Kirchhoff PSDM、RTM、层析建模、各向异性成像的全流程国产化，并在国产鲲鹏 CPU、海光 DCU 等自主算力平台完成移植与性能验证（GeoEast RTM 在国产 DCU 上实测达到 NVIDIA A100 的约 1.88 倍性能），但在 FWI 工程化深度、超大规模弹性波成像、AI 融合成像等前沿方向与国际顶尖水平仍有 3–5 年差距。

核心结论四：AI 与高性能计算是决定下一轮竞争胜负的两大杠杆。 深度学习已在速度建模（端到端速度预测）、初至拾取、去噪、层析加速、绕射波分离等环节形成规模化应用，"物理驱动 + 数据驱动"混合建模是明确方向；同时 PSDM/RTM 作为极端计算密集型负载，GPU 异构加速、存储 I/O 优化、检查点重计算等 HPC 工程能力直接决定成像作业的经济性与交付周期，算力成本已占高端成像项目总成本的显著份额。

关键数据亮点： - 全球地震资料处理与成像服务市场规模约 45–60 亿美元/年（2024 年口径），其中高端深度成像（PSDM/FWI/LSRTM）占比持续提升，年复合增长率高于处理业务整体水平。 - 一个中等规模三维工区（覆盖数百至上千平方公里）的一轮完整 RTM 成像 + FWI 建模迭代，算力消耗可达数十万至数百万 GPU·小时量级，单轮周期数周至数月。 - GeoEast 软件已在国内主力油田规模化应用，累计支撑数千工区的处理解释一体化作业，是国产地震软件自主可控的旗舰产品。

风险提示：速度建模多解性导致的构造成像误差风险；FWI/RTM 高算力投入的成本回收风险；国产高端 GPU/DCU 供应链与生态成熟度风险；核心算法专利壁垒与人才储备风险。

行动建议（概要）：对油公司与物探服务方而言，应将"深度域速度建模能力 + FWI/LSRTM 高端成像能力 + 自主算力平台"作为三位一体的核心能力建设重点；优先在盐下、山前、缝洞等高价值复杂区推动 PSDM 深度应用；国产化路径上以 GeoEast 为主干、以国产算力生态适配为抓手，同时前瞻布局 AI 赋能成像与建模，抢占下一代技术窗口。

01 · 调研背景与目标

1.1 调研缘起与问题意识

油气勘探的本质是"用地震波给地球做 CT"，而偏移成像是这台 CT 机成像链条的最后、也是最关键的一环——它决定了地质家最终看到的地下构造图像是否真实、清晰、可信。随着全球油气勘探不断向"深、隐、难"目标推进——深层超深层、盐下、复杂山前带、碳酸盐岩缝洞、岩性隐蔽圈闭——地下介质的速度结构日趋复杂，横向速度变化剧烈，传统的叠前时间偏移（PSTM）因其基于"介质近似均匀、射线近似垂直"的假设而失效，成像出现构造畸变、断点模糊、盐下照明不足等严重问题。叠前深度偏移（PSDM）作为唯一能够严格处理横向速度变化、在真实深度域完成构造归位的技术，已从少数难点工区的"奢侈品"转变为复杂区勘探的"刚需"。

对经纬智汇及其服务的油气行业客户而言，深入厘清 PSDM 技术的原理体系、算法演进、速度建模瓶颈、全球竞争格局与国产化现状，对于技术选型、软件采购、算力投资、能力建设与勘探决策具有直接的支撑价值。尤其在"自主可控"与"降本增效"双重战略背景下，理解国产 GeoEast 等软件的真实能力边界、国产算力平台的成熟度、以及 AI 与 HPC 带来的变革窗口，是一项具有决策紧迫性的调研任务。

1.2 核心调研问题

本报告围绕以下核心问题展开：

• PSDM 的技术原理体系如何构成？Kirchhoff、束偏移、单程波、RTM、LSM 各类算法的原理、适用条件与优劣如何？
• 为什么说速度建模是 PSDM 的核心瓶颈？层析、各向异性、FWI 等建模技术的现状与突破方向是什么？
• 前沿技术（LSRTM、Q 补偿偏移、弹性波 RTM、AI 赋能）的成熟度与产业化前景如何？
• 全球竞争格局如何？国际厂商与中国厂商的技术差距、市场份额、竞争策略与发展潜力如何？
• 国产化路径（GeoEast + 国产算力）的进展、差距与突破方向是什么？
• 对油公司、物探服务方、软件研发方分别应给出怎样的技术选型与投资建议？

1.3 调研范围界定

• 技术范围：叠前深度偏移全技术链，涵盖成像算法、速度建模、各向异性处理、前沿成像方法、工程实现与算力。
• 地域范围：全球视野，国际（北美、欧洲）与中国横向对比，突出中国国产化现状。
• 时间范围：全时间轴，梳理从叠后偏移到 AI 赋能成像的完整技术脉络（1970s—2026 及未来展望）。
• 产业范围：物探服务、地震处理软件、高性能计算三大关联环节。

1.4 调研方法说明

本报告采用多源信息融合的研究方法：以 SEG（勘探地球物理学家学会）、EAGE 技术文献与年会论文为学术基础，以 SLB、Viridien、TGS、东方物探等厂商技术白皮书与产品资料为产业依据，结合《石油地球物理勘探》《石油物探》《地球物理学报》等中文核心期刊，参考行业市场研究报告获取市场规模与竞争数据，并综合高性能计算与 GPU 在地震成像应用的技术文献。所有关键数据与观点均经多源交叉验证，可信度评级见配套《参考文献汇总》。

02 · 技术现状全景

2.1 技术定义与核心原理（白话版）

偏移（Migration） 一词源于地震剖面处理中反射点"归位/搬移"的动作。在未偏移的地震剖面上，倾斜地层的反射能量出现在错误的位置（偏移、模糊），且存在绕射双曲线。偏移的作用就是把这些能量搬回它们真正对应的地下位置，让绕射能量收敛成一个点、让倾斜界面回到真实倾角与位置，从而得到一张"地下真实构造的照片"。

叠前 vs 叠后：叠后偏移先把同一地下点的多次覆盖数据叠加（求平均）再偏移，速度快但在复杂区会因叠加破坏波场信息而失真；叠前偏移直接对每一道原始数据偏移再成像，保留了完整的振幅、偏移距、方位信息，成像精度高、且能用于后续 AVO/反演分析，是复杂区的必然选择。

时间域 vs 深度域：叠前时间偏移（PSTM）输出以时间为纵轴的剖面，隐含"速度横向不变"假设，复杂区会畸变；叠前深度偏移（PSDM）输出以真实深度为纵轴的剖面，显式使用随空间变化的速度模型，能正确处理横向速度突变，是复杂构造成像的唯一正解。一句话概括：PSDM = 用一个精确的深度域速度模型，把每一道地震数据在叠加前精确归位到真实地下深度位置。

2.2 五大算法体系概览

PSDM 的算法核心是"如何把地表接收到的波场向下延拓/反传到地下成像点"。根据对波动方程的近似程度与实现方式，形成五大技术路线：

关键辨析：从 Kirchhoff 到 RTM，是从"高频射线近似"逐步走向"完整波动方程"的过程，精度递增、成本递增；从 RTM 到 LSRTM，是从"一次成像"走向"迭代反演成像"的过程，进一步逼近真实反射率。四大偏移算法+LSM 反演框架，构成了当代 PSDM 的完整算法版图。

2.3 发展脉络与成熟度评估

PSDM 技术历经约半个世纪演进，其成熟度可分为四个阶段（详见第 4 章技术脉络）：

• 萌芽期（1970s–1980s）：偏移概念确立，波动方程偏移理论（Claerbout 等）奠基，叠后偏移为主。
• 成长期（1990s–2000s）：Kirchhoff 叠前深度偏移商用化，成为复杂区成像主力；速度建模引入层析成像。
• 爆发期（2000s–2010s）：GPU 算力革命推动 RTM 从理论走向大规模工业应用；各向异性偏移（VTI/TTI）普及；盐下成像取得突破。
• 智能期（2010s–至今）：FWI 工程化、LSRTM 商用、AI 深度渗透，成像进入"高保真+智能化"新阶段。

成熟度总评：Kirchhoff、单程波、RTM、各向异性偏移、层析建模已完全成熟并规模商用（TRL 9）；LSRTM、时间域 FWI、Q 补偿偏移处于工程化成熟阶段（TRL 7–8）；弹性波 RTM、AI 端到端速度建模、AI 融合成像处于工程验证与早期商用阶段（TRL 5–7）。

*图2-1：PSDM 技术成熟度雷达图*

2.4 国内外整体发展现状

国际：以 SLB、Viridien 为代表的国际巨头已构建"FWI 建模 + RTM/LSRTM 成像 + AI 辅助"的完整高端成像能力，并依托自有超算中心（数十至上百 PetaFLOPS 级算力）提供成像服务。Viridien（原 CGG）以其时间域 FWI（TLFWI）、弹性时间域 FWI（E-TLFWI）与超算能力著称；SLB 以 Omega 处理平台与全球服务网络见长。

国内：以东方物探 GeoEast 为核心，已实现 PSDM 全流程算法国产化，在国内主力盆地（塔里木、准噶尔、四川、渤海湾等）复杂区成像中广泛应用，并在国产算力平台完成适配。中石化、中海油亦有各自的处理解释平台与成像能力。高校与科研院所（中国石油大学、同济大学、中科院地质地球所、成都理工等）在 RTM、LSRTM、FWI、AI 成像等前沿方向持续产出成果，形成产学研协同格局。整体而言，国内在"能用、够用"层面已实现自主可控，但在"好用、领先"层面与国际顶尖仍有差距。