全方位角深度域成像在松遼盆地低信噪比資料處理中的應用

朱玉寶

（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江大慶163712）

1 概述

隨著地震資料處理技術的不斷發展，疊后時間偏移已經不能滿足目前地震勘探的需要。隨著地震偏移成像技術在不斷進步，疊前時間偏移、疊前深度偏移在地震勘探復雜構造成像中，得到了工業化應用，并見到了明顯的效果。然而，每一種偏移方法都有其適應性和局限性。這就要求針對不同品質的地震資料和地下地質構造的復雜性，優選最佳偏移成像方法[1-3]。

疊前時間偏移方法適應速度橫向變化不劇烈、地下地質構造相對復雜的地震資料偏移歸位，如果速度存在橫向變化，時間偏移的結果是畸變的，不能正確歸位。疊前深度偏移方法能適應速度橫向變化劇烈，地下地質構造復雜的地震資料偏移可以正確歸位。

目前，在石油勘探行業得到工業化應用的偏移算法是克希霍夫疊前時間偏移和克希霍夫疊前深度偏移。能夠改善地震資料成像效果，提高成像精度。但對于陡傾角和深層斷裂復雜等地區的低信噪比地震資料成像，常規的克希霍夫疊前時間偏移和疊前深度偏移方法也受到應用條件的限制（如多路徑走時問題），不能有效改善地震資料的成像品質[5-9]。

全方位深度域成像，克服了常規克希霍夫疊前時間偏移和疊前深度偏移的缺點，把野外采集獲得的信息全部有效地利用，通過能量分離和構造傾角分離，鏡像和散射能量加強，提高了成像精度，能夠較好地解決復雜構造低信噪比資料的成像問題。

2 全方位角深度域成像基本原理

全方位角深度域成像采用基于點散射、單程射線追蹤算子，對地下每一個子網格體做射線追蹤，在射線扇面構建射線對，重構反射、散射波場，分離鏡像、散射能量。對于每一個成像點，都存儲了關于該深度位置的詳細描述，包括所掃描的傾向、方位以及所有共反射射線的開角和方位。全波場角度域偏移實現了高分辨率散射地震成像及解釋，這種處理方法能夠從所記錄的地震數據中恢復并區分鏡像能量和不同類型的散射能量，可以將所采集地震資料中的高分辨率信息恢復出來。

全方位地下角度域成像系統涉及兩個波場，即入射波場和散射波場。每個波場可分解為局部平面波(或射線)，代表波傳播的方向，入射和散射射線的方向用各自的極角描述，每個極角包含地層傾角和方位角這兩個分量。每個射線對將采集中地表記錄的地震數據映射到地下四維局部角度域空間。射線對法線的傾角v1和方位角v2，射線對反射介面的開角γ1和介面的方位角γ2，這四個標量角度意味著入射與反射射線的方向與地下局部角度域的四個角度相關聯。

地面地震數據到地下角度域映射可以表示為[4]：

式中：U——地面地震數據；

S——地面炮點的坐標，S={Sx，Sy}；

R——地面檢波點的坐標，R={Rx，Ry}；

t——地震波旅行時；

I——地下角度域數據；

M——地下成像點；

v1、v2——射線對法線的傾角和方位角；

γ1、γ2——射線對反射介面的開角和介面的方位角。

從地面地震數據向地下映射，將會生成角度域數據。

在方向角度地震道集中，地下成像點的反射或繞射率Iv是射線對法向的傾角v1和方位角v2的函數為：

式中：Iv——地下反射或繞射點M的反射率；

Kv——反射積分的核函數；

H——地下成像點M在地面的垂直投影點到地面炮檢距中點之間的距離。

在反射角度道集中，地下成像點的反射率是開角γ1和介面方位角γ2的函數：

式中：Iγ——地下成像點M的反射率；

Kγ——反射積分的核函數；

H——地下成像點M在地面的垂直投影點到地面炮檢距中點之間的距離。

在方向角度道集的基礎上，可以按照下面公式計算鏡向能量道集：

式中：F——地下成像點M處的鏡像能量道集；

Ev(M，v1，v2)——全方位角能量道集；

N(M，v1，v2)——射線對的數目。

依據鏡向能量道集，可以明顯區分散射能量與反射能量，再進行加權疊加成像，當賦予鏡面能量比較高的加權值時可以有效突出復雜構造成像，當賦予散射能量較高的加權值時可以突出繞射體的成像。

與常規克希霍夫疊前深度偏移方法相比，全方位角深度域成像考慮了方位傾角信息，對鏡像反射和散射反射能量分離，進而提高信噪比和成像精度。它是在地下角度域進行，每個角度都包含全部輸入數據，地下照明實現真振幅恢復，計算全方位多路徑走時，在角度域積分求和。由于采用了鏡像能量分離技術，因此對于低信噪比地震資料成像，能夠達到較好的效果。

常規克希霍夫前深度偏移是在地面偏移距域進行的，輸入數據進行偏移距分組，對每個偏移距都是相互獨立，而且相似的偏移距射線路徑不同，沒解決多路徑問題，只對地下繞射點進行求和，不能解決多路徑走時問題，對于低信噪比地震資料，成像效果受到了一定的限制。

3 應用實例

松遼盆地北部深層地震資料，由于受到斷陷期火山作用，凹陷內部斷裂發育、大斷裂較多、地層傾角大，構造復雜且橫縱向變化劇烈。二維地震資料采集年度平均在10年以上，深部老地層資料信噪比低，有效信號弱，成像難度大。地震資料選擇松遼盆地北部某二維地震工區，2008年度采集，覆蓋次數160次，接收道距20m，炮距40m，最大炮檢距6400m，原始記錄采樣1ms，記錄道長7000ms。該二維測線數據經過了靜校正、振幅補償、疊前去噪、反褶積等前期常規處理，形成了最終共中心道集（CMP道集）。在相同輸入數據條件下，采用相同的速度模型、偏移孔徑和反假頻參數，分別使用克希霍夫疊前時間偏移、克希霍夫疊前深度偏移和全方位角深度域成像這三種方法進行處理。

圖1 老成果剖面

圖1是以往處理的老成果剖面，圖2是新處理的疊前時間偏移成果剖面，可以看出，新處理的結果和老剖面相比，成像效果改善不大，老深部老地層不能很好成像，斷點、斷面模糊，地層反射特征不清晰。從而進一步說明，這樣的二維資料使用疊前時間偏移方法是不適應的，不能較好解決復雜構造低信噪比資料的成像問題。

圖3是克希霍夫疊前深度偏移處理效果，可以看出新處理的疊前深度偏移成果剖面較老成果有了很大改善，大斷面特征清楚，分辨率提高，地層信息豐富，雖然有了很大改善，但還是不能滿足需求，主要原因就是其方法的近似性和局限性，多路徑走時和頻散問題等帶來的影響，也不能較好解決復雜構造低信噪比資料的成像問題。

圖2 克希霍夫疊前時間偏移剖面

圖3 克希霍夫疊前深度偏移剖面

圖4是全方位角深度域成像剖面，可以看出通過全方位角深度域成像處理，剖面比老成果有了很大的改善，資料信噪比明顯提高，斷點、斷面清晰，波組特征清楚，由此可見，全方位角深度域成像適應石炭—二疊系地層地震資料處理，成像效果最佳。這進一步說明，全方位角深度域成像在松遼盆地石炭—二疊系地層低信噪比地震資料處理中，充分發揮出其偏移方法的優越性和適應性。

4 結論

（1）常規疊前時間偏移和疊前深度偏移，在一定程度上能夠解決復雜構造成像問題，而且偏移速度模型速度建模要求地震數據具有一定的信噪比。但是由于方法的局限性，不能解決多路徑旅行時問題，對復雜構造低信噪比地震資料在成像方法具有一定的局限性，不能達到較好成像效果。

（2）全方位角深度域成像，每個角度都包含全部輸入數據，旅行時是全方位掃描的多路徑，角度域積分求和，由于采用了鏡像能量分離技術，對于低信噪比地震資料能夠達到較好的成像效果。

（3）全方位角深度域成像技術在松遼盆地石炭—二疊系地層低信噪比地震資料處理中進行了實際應用，并取得了很好的處理效果，可推廣到常規疊前深度偏移難以解決的低信噪比地震資料處理。

圖4 全方位深度域成像剖面