逆時(shí)偏移成像技術(shù)在吉林探區(qū)的研究與應(yīng)用

張立雙

（吉林油田公司地球物理勘探研究院 吉林松原 138000）

引言

中國(guó)大約40%的剩余油都儲(chǔ)存在復(fù)雜地區(qū)的復(fù)雜構(gòu)造之中，地表?xiàng)l件復(fù)雜、資料信噪比低以及地下構(gòu)造多變等因素，使得低信噪比復(fù)雜構(gòu)造成像仍是地球物理界的難題之一。逆時(shí)偏移從原理上講可以成像回轉(zhuǎn)波、棱柱波等，并使多次反射波收斂聚焦，折射干擾不聚焦成像，對(duì)低信噪比資料成像效果也較好。采用這種思路進(jìn)行低信噪比及復(fù)雜構(gòu)造資料處理，關(guān)鍵問(wèn)題是配套的速度建模技術(shù)、逆時(shí)偏移技術(shù)的研究和應(yīng)用。

本文思路是從逆時(shí)偏移原理、高精度速度建模和逆時(shí)偏移實(shí)際資料應(yīng)用效果等幾個(gè)方面入手，總結(jié)應(yīng)用逆時(shí)偏移的思路和方法，并展示逆時(shí)偏移對(duì)復(fù)雜構(gòu)造成像的優(yōu)勢(shì)和抗噪效果。

1 逆時(shí)偏移原理

逆時(shí)偏移最早由Whitemore, et al.提出[8]，此后國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者從不同側(cè)面對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了研究。近幾年，多核CPU和GPU/CPU異構(gòu)高性能計(jì)算平臺(tái)的出現(xiàn)使得3D 逆時(shí)深度偏移成為實(shí)用化技術(shù)。逆時(shí)偏移方法是無(wú)近似的全波方程偏移技術(shù)，正向模擬時(shí)間域的震源波場(chǎng)，逆時(shí)外推時(shí)間域的檢波點(diǎn)波場(chǎng)，將震源與檢波點(diǎn)波場(chǎng)進(jìn)行互相關(guān)成像，該方法算法精度高，是目前理論完整、精度最高的成像方法。

從原理上講，逆時(shí)偏移方法是通過(guò)雙程波動(dòng)方程在時(shí)間域上對(duì)人工給予的震源子波正向傳播和接收到的地震資料進(jìn)行反向傳播，結(jié)合成像條件實(shí)現(xiàn)偏移（Claerbout，1971）。逆時(shí)偏移的基礎(chǔ)是精確的波動(dòng)方程而不是對(duì)其的近似，同時(shí)用時(shí)間外推來(lái)代替深度外推。逆時(shí)偏移避免了上下行波的分離處理，并能實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)波和多次波的成像，是一種真正的全波場(chǎng)偏移算法。與其他偏移方法對(duì)比，相比于單程波方程和克?；舴虻钠?，它運(yùn)用的是雙程波波動(dòng)方程進(jìn)行波場(chǎng)延拓，有準(zhǔn)確的成像算法，不受傾角的限制，通常適用于解決復(fù)雜高陡構(gòu)造成像問(wèn)題。

2 速度建模技術(shù)

要獲得精確的成像結(jié)果，除了選擇合適的偏移算法外，偏移速度也是一個(gè)非常重要的參數(shù)[8]。偏移速度的精度直接影響偏移成像的精度，建立準(zhǔn)確的速度模型對(duì)復(fù)雜構(gòu)造地震成像至關(guān)重要。在深度域成像過(guò)程中，速度分析的目標(biāo)是建立一個(gè)隨深度空間位置而變化的層速度模型。對(duì)于復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域，常常出現(xiàn)地震資料信噪比較低、地震波波場(chǎng)復(fù)雜以及地震波照明不均勻等現(xiàn)象，這也是速度建模的困難所在。本文速度建模思路分為近地表建模和深層速度建模，應(yīng)用初至波反演、剩余速度分析、地質(zhì)模型約束建模和層析成像等速度建模方法，并提出了綜合速度建模的思路。

圖1 近地表速度反演

近地表地震速度建模問(wèn)題是一個(gè)反演問(wèn)題，用于速度建模的軟件和方法也越來(lái)越多。對(duì)于近地表速度求取精度較高的方法是采用初至波反演來(lái)求取，如圖1所示。為了提高反演精度，需要較小的采用間隔和一定的初至數(shù)據(jù)的覆蓋次數(shù)；同時(shí)參與計(jì)算的炮檢距大小也決定了反演深度。

深度偏移的誤差是從淺至深逐漸積累的，所以淺層速度模型建立尤為關(guān)鍵，采用反演方法獲取的模型精度遠(yuǎn)高于手工速度譜拾取精度，為深度偏移深層速度建模奠定良好基礎(chǔ)。

對(duì)于中深層速度模型的建立方法很多，可采用地質(zhì)模型約束和網(wǎng)格層析等方法求取。如圖2所示，采用疊前深度偏移目標(biāo)線(xiàn)運(yùn)算與剩余速度迭代來(lái)更新速度模型。在復(fù)雜構(gòu)造成像處理中，地震資料信噪比低、地震波波場(chǎng)復(fù)雜、靜校正問(wèn)題復(fù)雜以及地震波照明不均勻等問(wèn)題，這些都是影響速度建模的因素。以地質(zhì)認(rèn)識(shí)為指導(dǎo)，通過(guò)建立地震地質(zhì)模型來(lái)約束速度建模，保證構(gòu)造形態(tài)、速度變化趨勢(shì)的合理性，是地質(zhì)模型約束的速度建模方法的核心內(nèi)容，由此可見(jiàn)，這是一項(xiàng)解釋性的處理技術(shù)，也是在處理過(guò)程中地質(zhì)認(rèn)識(shí)逐漸深化的過(guò)程。

層速度場(chǎng)的求取是疊前深度偏移技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵[4]。層速度場(chǎng)的求取過(guò)程分為建立初始速度模型和速度模型迭代修正。疊前深度偏移的初始模型是非常重要的，它應(yīng)該是平滑的并且最大程度上接近真實(shí)模型，以減少迭代次數(shù)，提高效率。

圖2 深度域初始層速度場(chǎng)建立過(guò)程

對(duì)于構(gòu)造簡(jiǎn)單及速度橫向變化不大的工區(qū)，往往是將疊前時(shí)間偏移得到的均方根速度由DIX公式轉(zhuǎn)化為層速度場(chǎng)，作為初始速度模型（圖2），再通過(guò)疊前深度偏移迭代處理更新速度模型。但對(duì)于速度變化大的復(fù)雜區(qū)塊，層速度場(chǎng)轉(zhuǎn)換只能作為參考，而不能簡(jiǎn)單作為初始速度模型。其原因是地層傾角較大時(shí)DIX公式已不適用。初始速度模型缺少地質(zhì)構(gòu)造約束，往往會(huì)無(wú)法控制其變化，不合理的速度變化所對(duì)應(yīng)的疊前深度剖面容易出現(xiàn)假構(gòu)造。在錯(cuò)誤的初始速度模型基礎(chǔ)上，無(wú)論采取多少次迭代與更新，無(wú)論采取何種先進(jìn)的偏移算法都無(wú)法收斂。

圖3 主要層位剩余速度迭代前后對(duì)比

在速度模型的迭代修正過(guò)程中，通過(guò)沿層剩余速度拾取與疊前深度偏移迭代來(lái)修正層速度模型（圖3），首先采用剩余速度分析、基于層位和基于實(shí)體模型的層析成像技術(shù)，該方法主要是針對(duì)大套地層的整體速度趨勢(shì)。

對(duì)于某些復(fù)雜構(gòu)造, 無(wú)論基于層位建模還是基于實(shí)體建模，總有地方與實(shí)際有偏差。基于網(wǎng)格層析成像技術(shù)是基于層位的層析成像技術(shù)和基于實(shí)體模型的層析成像技術(shù)的有力補(bǔ)充,致力于把每個(gè)深度偏移CRP道集的每個(gè)較強(qiáng)同相軸拉平，當(dāng)速度模型不準(zhǔn)確時(shí)，CRP道集同相軸不平直，存在剩余彎曲度。通過(guò)分析剩余速度，利用層析成像技術(shù)修改層速度模型來(lái)達(dá)到優(yōu)化速度模型的目的，直到目的層CRP道集拉平、剩余延遲趨于零為止。層析成像法的一個(gè)重要特點(diǎn)是它是一種全局的方法，層析能夠?qū)⒁粋€(gè)點(diǎn)位置處的時(shí)間誤差歸結(jié)到另一個(gè)點(diǎn)位置處的速度和深度誤差，層析法考慮的是整個(gè)速度模型。 采用多種方法綜合建模，可以得到精度較高的速度模型。

3 處理效果

圖4為不同方法成像結(jié)果對(duì)比，由圖可看出逆時(shí)偏移成像解決了復(fù)雜斷塊的成像問(wèn)題，由于采用精確的成像條件及合適的邊界處理方式，消除了積分法偏移的畫(huà)弧現(xiàn)象，提高了斷塊的內(nèi)幕成像。

逆時(shí)偏移實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷點(diǎn)的準(zhǔn)確歸位，斷層更加清楚。Kirchhoff成像由于無(wú)法解決射線(xiàn)多路徑問(wèn)題，致使斷點(diǎn)繞射及深層成像不準(zhǔn)確。同時(shí)在Kirchhoff成像中，由于照明不夠不能突出深層能量。用逆時(shí)偏移處理陡傾角和來(lái)自其他雙程射線(xiàn)路徑的能量，能使陡傾角和復(fù)雜構(gòu)造內(nèi)幕準(zhǔn)確成像，如圖5。

圖4 復(fù)雜構(gòu)造資料Kirchhoff偏移（左）與逆時(shí)偏移成像結(jié)果對(duì)比（右）

圖5 復(fù)雜構(gòu)造Kirchhoff偏移（上）與逆時(shí)偏移成像結(jié)果對(duì)比（下）

另外，復(fù)雜構(gòu)造成像經(jīng)常伴隨信噪比低的問(wèn)題，地表復(fù)雜的區(qū)塊還存在復(fù)雜的干擾類(lèi)型，尤其是淺層多次折射干擾，非常難以去除，例如WF地區(qū)的資料，如圖6所示，工區(qū)內(nèi)淺層折射干擾異常發(fā)育。任何去噪方法都會(huì)有不同程度有效信息的損失，如果不做淺層折射干擾的去除，從疊加剖面上看，雖然覆蓋次數(shù)很高，疊加后淺層折射得到一定壓制，但是仍然存在很多低頻干擾，如圖7（上）所示，影響成像效果。

圖6 折射干擾單炮

圖7 未去噪數(shù)據(jù)逆時(shí)偏移前疊加（上）與逆時(shí)偏移成像結(jié)果對(duì)比（下）

圖8 未去折射干擾偏移結(jié)果（上）與去折射干擾偏移結(jié)果對(duì)比（下）

逆時(shí)偏移可以成像回轉(zhuǎn)波、棱柱波等，并使多次反射波收斂聚焦，但是多次折射并不成像，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，可以在完成逆時(shí)偏移的同時(shí)，消除折射干擾影響，提高信噪比，如圖8。對(duì)比未去噪數(shù)據(jù)進(jìn)行逆時(shí)偏移結(jié)果和去噪數(shù)據(jù)的逆時(shí)偏移結(jié)果，可以明顯看出，雖然未去噪的疊加剖面信噪比很低，但逆時(shí)偏移結(jié)果的信噪比沒(méi)有受到折射干擾的影響，二者信噪比相當(dāng)，而且進(jìn)行細(xì)致的頻率分析，發(fā)現(xiàn)前者的低頻成分更加豐富，因?yàn)槿魏稳ピ敕椒▽?duì)有效信息都會(huì)有不同程度的損失，所以，采用逆時(shí)偏移的成像方法，而不采用去噪的方法，可以最大程度保留有效信息，得到高信噪比和高成像精度的地震成像結(jié)果。

6 結(jié)論

速度模型的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到偏移成像的效果，采用初至波反演得到近地表速度模型，通過(guò)正確控制速度初始趨勢(shì)，采用基于層位和實(shí)體模型的層析成像技術(shù)、地質(zhì)構(gòu)造模式約束等有效建模技術(shù)，獲得中深層速度模型，能保證速度的可靠性和準(zhǔn)確性；Kirchhoff深度偏移成像效果好于時(shí)間域偏移，但Kirchhoff積分法由于無(wú)法解決射線(xiàn)多路徑問(wèn)題，逆時(shí)偏移實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷點(diǎn)的準(zhǔn)確歸位，斷層更加清楚，復(fù)雜構(gòu)造內(nèi)幕清楚，同時(shí)可以克服折射干擾的影響，高精度成像的同時(shí)提高信噪比，最大程度保留有效信息，逆時(shí)偏移從理論和實(shí)際應(yīng)用效果上都是目前精度較高的成像算法。