變質巖潛山地震資料處理方法探討

于娟

摘 要：遼河油田潛山經(jīng)過四十余年的勘探，成果豐碩。在不斷獲得勘探重大發(fā)現(xiàn)，獲取規(guī)模儲量的同時，也不斷完善了潛山勘探理論及相應的配套勘探技術系列。特別是近年來遼河油田提出了變質巖潛山內幕成藏勘探理論，并以此為指導在興隆臺～馬圈子潛山帶深層潛山和潛山深部獲得重要突破，整體上報探明石油地質儲量1.27億噸，為遼河油田的增儲穩(wěn)產(chǎn)做出了巨大的貢獻。遼河坳陷中央凸起潛山帶具有較好的石油地質條件，鉆探的趙古1已獲重大發(fā)現(xiàn)，趙古2井顯示存在變質巖內幕油藏，預示中央凸起變質巖潛山內幕油藏勘探擁有很好的前景。但變質巖潛山內幕結構、構造識別劃分是關鍵點也是難點，加之中央凸起潛山內幕地震資料品質較差，這就需要在地震資料處理上有相應的配套處理方法，本文以中央潛山帶為例針對變質巖潛山進行地震資料處理并且研究出配套處理方法。遼河坳陷中央潛山帶地質情況復雜，潛山帶及其兩側斷裂附近橫向速度突變，潛山內幕信噪比低，成像較差。為了理清斷層位置，搞清潛山與東西兩側凹陷接觸關系，提高潛山內幕成像質量，我們對遼河坳陷中央潛山帶資料進行了疊前深度偏移處理和研究。本文首先介紹了克希霍夫疊前深度偏移的方法原理，進而闡述了建立精確速度-深度模型的思路和實施方法，并利用該速度模型進行了克希霍夫深度偏移和逆時偏移兩種方法的成像運算，最后將疊前深度偏移成果與疊前時間偏移成果進行比較。深度偏移技術可以有效解決潛山及兩側斷裂附近速度橫向突變問題，使地下構造成像更加合理，同時信噪比和保真保幅方面也有所提高。

關鍵詞：疊前深度偏移 中央潛山 速度建模 遼河坳陷

中圖分類號：P618.13 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0120-04

Imaging Technology Research and Application in Seismic Data Processing of the Central Buried Hill Belt in the Liaohe Depression

Yu Juan

（Liaohe Oilfield Exploration and Development Insitute，Panjin Liaoning，124010，China）

Abstract：Geological conditions of the central buried hill in Liaohe depression is pretty complicated， and the lateral velocity of the formation that near the buried hill belt and the faults on both sides vary quickly， the buried hill and its interior has poor imaging and low signal-to-noise ratio. In order to clarify the fault location， contact the relationship of the buried hill and the depression on the both side； improve the imaging accuracy of the interior of the buried hill， we conducted the research and application of pre-stack depth migration processing using the seismic data of this area. This paper first introduces the principle of Kirchhoff pre-stack depth migration. Then we elaborate the idea and implementation methods to establish the accurate velocity - depth model， and use this model to carry out the imaging processing with two methods， that is the Kirchhoff depth migration and reverse time migration. Finally， we compare the result of the different methods. Depth migration technique can effectively resolve the problem of the lateral velocity quickly variation， and the imaging of the underground structure is more reasonable. At the same time， the PSDM improve the signal-to-noise ratio and preserve the relative amplitude for high resolution in some extent.

Key Word：Pre-stack Depth Migration；Central Buried Hill Belt；Velocity Modeling； Liaohe Depression

中央潛山帶位于遼河坳陷中部，具有被東西邊界斷層所夾持的狹長構造特征。研究區(qū)內地層傾角較陡，橫向速度變化快，潛山內幕有效反射信息弱，有效頻帶窄，信噪比低，波場復雜，成像困難。常規(guī)疊前時間偏移算子僅含繞射項方程，其假設局部地層平緩，且繞射曲線具有雙曲線時差特征，利用時間域RMS速度把近似于雙曲型地震波繞射波能量聚焦到雙曲面的頂點進行成像[1～2]。然而，當?shù)叵陆橘|傳播速度存在劇烈橫向變化且分界面不是水平層狀時，則需要添加透鏡項來適應速度的橫向變化引起的折射效應[3]，只有采用疊前深度偏移技術才能使共反射點的疊加和繞射點準確歸位。

1 疊前深度偏移方法

Kirchhoff積分法疊前深度偏移是基于標量波動方程的積分解，是以“繞射最大凸度曲線”的概念為基礎建立起來的疊前深度偏移方法。標量波動方程

（1）

給出了在T時刻點以在介質中傳播的壓力波場。

通過推導，克希霍夫積分解可表示為波場經(jīng)一定延遲時在閉合曲面A上的積分，即

（2）

式中為用波場求區(qū)域A上經(jīng)延遲時的積分。式（2）右側第一項取決于波場的垂向梯度；第二項成為近場源項，以衰減；第三項為遠場源項[4]。

2 高精度疊前道集處理技術研究

2.1 疊前多道多域去噪

噪音是影響資料信噪比的主要因素，根據(jù)頻率，振幅，空間傳播規(guī)律分為規(guī)則噪音和不規(guī)則噪音[5]。本研究區(qū)的噪音主要有強振幅高頻干擾、多次波，工業(yè)電干擾、面波以及隨機干擾等。我們在多道記錄上，根據(jù)信號與噪聲的空間相干性、傳播方向性、觀測重復性和能量衰減及頻率吸收規(guī)律性的差異，對噪音和信號的特征進行分析、識別、分離、壓制或剔除。由于不同處理階段，噪音對信號的影響不同，所以去噪理念應貫穿整個處理過程。首先應壓制特征明顯的或強能量的噪音；不同的噪音應用不同的去噪方法區(qū)別對待；針對噪音存在形式和分布規(guī)律，選取適當?shù)膮?shù)和方法，在不損失有效波的前提下在疊前盡量壓制干擾波，以提高資料信噪比，改善成像質量。

2.1.1 減去法壓制面波

面波在原始地震資料上能量很強，頻散嚴重，分布范圍廣，具有主頻在6 Hz，視速度450 m/s的特征。首先確定面波發(fā)育的區(qū)域，利用主頻分離出面波，然后從原始數(shù)據(jù)中減去面波，從而使其得到壓制，這樣在壓制低頻面波的基礎上保全了有效信號的低頻成分（見圖1）。

2.1.2 強野值干擾分頻壓制

根據(jù)“多道識別，單道去噪”的思想，在不同的頻帶內自動識別地震記錄中存在的強能量干擾，確定出噪音出現(xiàn)的空間位置，根據(jù)定義的門檻值和衰減系數(shù)，采用時變、空變的方式予以壓制。計算中使用的識別參量為數(shù)據(jù)包絡的橫向加權中值，這種分頻處理方法可以提高去噪的保真程度。

2.1.3 多次波多步多域壓制

有些相干噪聲具有明顯的區(qū)域性，如多次波和雜亂的散射，它們在速度譜上可以識別，但由于它對有效波的干涉，影響有效信號在速度譜的成像，應予以壓制。多次波壓制有很多方法，主要有：共中心點疊加法，通過有效波和一次波的剩余時差不同，通過疊加加強一次波，壓制多次波；變信噪比宏面元法，通過拉東分解法實現(xiàn)多次波壓制；局部相干濾波法，用多次波正常時差校正，根據(jù)多次波具有高度相干性予以壓制；一些多用于海洋資料壓制海底多次的多次波壓制方法，如預測反褶積、波動方程外推法，SRME等。

2.2 能量一致性調整與補償

受采集因素和地質因素影響，地震資料能量分布在時間和空間上分布都存在很大差異。研究過程中我們首先通過球面擴散補償在時間上對能量進行調整；然后利用地表一致性能量補償在空間上對能量進行調整；最后針對潛山內幕弱反射區(qū)進行剩余能量補償，從而保證疊前道集能量一致性（見圖2），防止偏移劃弧現(xiàn)象發(fā)生。

3 疊前深度偏移速度-深度建模

在疊前深度偏移處理中，除了高精度疊前處理道集要保證質量外，關鍵是偏移成像對速度模型的精度有很強的依賴性。若速度模型不準確，則地下反射層偏移位置不準，深度誤差也會加大[6～7]。可見，速度模型精度的高低直接控制著偏移成像精度，對速度模型的建立及模型修正過程中的迭代更新方法進行研究是至關重要的。因此我們在整個研究和質量監(jiān)控過程中，緊緊抓住速度分析這一關鍵，大幅度提高速度求取的精度，建立精確的三維速度-深度模型，保證深度偏移成像質量。

現(xiàn)有軟件系統(tǒng)提供多種速度分析、修正以及模型驗證手段，本次研究速度建模采取的是垂向速度建模和三維網(wǎng)格層析成像速度建模的方法，最終確定疊前深度偏移速度-深度模型。

垂向速度建模可以借助多種手段，減少處理結果的多解性，得到垂向變化連續(xù)的介質模型，有效改善成像精度。首先，疊前時間偏移相對于疊前深度偏移對速度的敏感度要小，更容易求取均方根速度。因此我們以前人的偏移速度作為初始速度，按不同百分比進行速度掃描和偏移測試，同時輸出共反射點道集；然后根據(jù)偏移剖面和共反射點道集進行新速度的拾取；再以新速度為輸入對數(shù)據(jù)進行偏移，并檢查偏移剖面和共反射點道集，對不合理位置進行重新拾取。通過利用疊前時間偏移進行速度迭代的循環(huán)，以求取精確的均方根速度，為疊前深度偏移提供長波長的速度。

上一步求取了精確的疊前時間偏移速度，但由于偏移技術的差異，最好的疊前時間偏移速度未必是最好的疊前深度偏移速度，因此，需要利用疊前深度偏移做適合疊前深度偏移速度的進一步細化。疊前深度偏移的初始速度模型是疊前時間偏移求取的最終均方根速度模型。與疊前時間偏移速度分析的區(qū)別就是通過疊前深度偏移作為迭代手段，每次將得到的深度域CRP道集轉換到時間域來分析。利用速度模型通過選擇目標線來完成疊前深度偏移，速度分析采用三維交互速度分析的方法來最終建立準確的初始速度-深度模型。

該過程要加強質量監(jiān)控措施。速度的準確性直接的表現(xiàn)是動校CRP道集是否拉平，速度過高或者過低都會引起CRP道集下拉或者上揚。交互速度分析是建好速度模型的基礎，在速度分析時，首先根據(jù)速度分析點對應于剖面上的位置，判斷速度的大小和變化趨勢，然后分析相應的道集和速度譜，判斷是否是假聚焦和成像反射同相軸是否為有效信號（如多次波等）。

在得到初始速度-深度模型的基礎上，結合鉆井，測井資料，以合成地震記錄為橋梁，對過井線進行層位標定，并利用疊前時間偏移剖面進行地質層位解釋。從淺到深共解釋五層數(shù)據(jù)對全區(qū)地質構造特征進行控制。然后利用三位網(wǎng)格層析成像法，以疊前深度偏移產(chǎn)生的深度域共反射點道集作為輸入，通過不斷調整模型的速度與界面深度，求解與共反射道集完全相似的理論共反射道集，從而得到調整后的速度和界面深度。它是用射線追蹤產(chǎn)生的非雙曲線動校正量來調整速度和深度，精確度更高。另外層析成像法采用的是全局最優(yōu)分析法對模型進行整體的調整，可以避免剩余速度分析產(chǎn)生的橫向野值劇變（見圖3）。

4 疊前深度偏移參數(shù)的優(yōu)選

4.1 偏移算法的選取

相同的速度模型，不同的疊前深度偏移算法的成像效果顯然也不同。克希霍夫積分法疊前深度偏移具有快速靈活的特點，可以方便的偏移目標線，廣泛用于深度偏移速度建模。但因其近似性和方法局限性，如多走時路徑，假頻問題等，使得其對速度模型具有很強的依賴性，從而影響成像效果。基于波動方程微分解的逆時偏移成像技術是多路徑、全波場的算法，可在時間-空間域或頻率-空間域通過波場延拓，求取偏移成像位置，速度橫向變化適應能力強，具有保幅，偏移噪聲小等優(yōu)點，但是它運算周期長，且不能進行目標線偏移，不能用于求取該偏移方法的精確速度模型。

4.2 偏移孔徑優(yōu)選

用于疊前深度偏移的速度-深度模型確定后，影響偏移成像效果的最主要參數(shù)有兩個：一是地震波場函數(shù)，即輸入的共中心點道集的質量。二是參加求和道數(shù)的偏移孔徑。偏移孔徑?jīng)Q定于地下構造傾角的變化，該參數(shù)對陡傾角構造及斷層成像非常關鍵，同時該參數(shù)決定偏移的運算時間。孔徑太小，就會導致陡傾角的消逝，同時原來道與道之間的不相關噪聲容易被改造成一定程度的相關噪聲，形成一些假的、短的同相軸。孔徑太大，則引入空間假頻等噪聲，同時也增加了不必要的工作量。理論上孔徑是根據(jù)地層最大傾角確定的。該參數(shù)的選取原則是在保證陡傾角能夠成像的情況下盡量選擇較小的孔徑，這不但可以保證平層的成像質量，而且可以減少偏移時間和偏移噪聲的影響。

4.3 反假頻因子優(yōu)選

在道間距和最高頻率一定的前提下，繞射波到達檢波點的角度太陡，偏移剖面易出現(xiàn)假頻現(xiàn)象。它會影響偏移剖面品質，因此需要進行三維反假頻濾波處理。反假頻參數(shù)的大小影響著資料的信噪比和分辨率，如果參數(shù)太小，去假頻能力弱，資料分辨率高，信噪比低；如果反假頻因子參數(shù)過大，剖面信噪比提高，但分辨率會降低。研究過程中需要對反假頻因子進行兩個方向的試驗，結合該參數(shù)對疊前深度偏移剖面信噪比和分辨率的影響確定參數(shù)。

5 應用效果分析

5.1 克西霍夫深度偏移應用效果

疊前深度偏移與疊前時間偏移相比，其優(yōu)勢在于適用于速度橫向變化大時。而在實踐中發(fā)現(xiàn)，其實由于速度的合理求取與應用，深度偏移幾乎在所有資料應用中的效果都會優(yōu)于時間偏移，尤其在斷層正確歸位、提高資料橫向分辨率方面有優(yōu)勢。只是改進程度有大有小的問題。（見圖4）

5.2 逆時偏移應用效果

逆時偏移處理能最大限度保真、保幅，很好的保持了振幅的相對關系，并有效、合理地提高了資料信噪比和分辨率，斜層構造及斷面成像、潛山內幕成像較精確。

逆時偏移本身就是高精度成像處理，偏移速度建模與運行偏移的過程均需要不斷逼近與多次迭代的過程。模型經(jīng)常需要修正與重建，即使基本正確也需要不斷逼近，才能獲得更加精確的成像。（見圖5）

6 結論

疊前深度偏移技是解決速度橫向突變的復雜地質構造地區(qū)準確成像的關鍵技術，對提高區(qū)域構造解釋和地質認識有決定性作用。通過理論研究和實踐應用我們總結出以下幾點認識。

（1）對疊前道集進行精細處理是疊前深度偏移成像獲得良好效果的前提。主要體現(xiàn)在靜校正，多域噪音壓制，覆蓋次數(shù)、炮檢距的規(guī)則化，能量補償與調整，反褶積等方面。

（2）解釋處理的有效結合是疊前深度偏移的基礎。處理人員對測井，鉆井，錄井，vsp和地震解釋成果等資料加強認識，并在速度模型建立和迭代優(yōu)化過程中充分利用，能有效提高速度建模的效率和精度。

（3）疊前深度偏移對速度橫向突變，構造關系復雜區(qū)域有更強的適應能力，在速度足夠精確的情況下，成像比疊前時間偏移精確。

（4）速度模型的精度是制約疊前深度偏移成像的精度的關鍵。成像算法從克希霍夫偏移、波動方程偏移到逆時偏移，成像精度越來越高，但速度模型受低信噪比、迭代算法等制約尚難以對地層和速度場變化進行精細的刻畫。

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