逆時偏移處理技術在復雜斷塊中的研究與應用

唐 蓿，彭 軍，隋 波

（中海石油<中國>有限公司海南分公司，海南海口570000）

目前,地震資料成像常采用疊前時間偏移和疊前深度偏移處理方法。理論上講疊前時間偏移只能解決共反射點疊加的問題，不能解決成像點與地下繞射點位置不重合的問題。當地下橫向速度變化劇烈時，常用的時間域成像方法已不能滿足實際需要。理論研究表明，即使速度橫向劇烈變化，疊前深度偏移也能夠實現共反射點的疊加和繞射點的歸位。疊前深度偏移技術就是高精度成像的最佳方法[1]。

常用的疊前深度偏移主要分為單程波動方程與雙程波動方程兩種偏移[2]。單程波動方程偏移基于雙向波動方程的單向波分解，該分解只有在常速度情況下才成立。利用單程波可很好地描述近似垂向下傳播的波，對傳播角度較大的波，由于單程波描述存在的相位改變因子與振幅被削弱問題，引起成像的不確定性。Whitmore 等[3]在 1982 年的 SEG 年會上提出逆時偏移技術，到現在逆時偏移一直是地震資料成像中的研究熱點[4]。基于雙程波動方程的逆時偏移方法具備理論簡單、適合任意橫向速度、成像精度高等諸多優(yōu)點。開始受計算機計算能力限制，耗時嚴重等發(fā)展緩慢。近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，計算能力顯著提高，逆時偏移越來越受到人們的重視，開始應用于工業(yè)生產[5]。

1 逆時偏移原理

逆時偏移主要包括波場外推與成像條件應用兩個步驟。

基于聲波方程的逆時偏移核心是聲波方程的有限差分正演。三維介質的雙程聲波方程為：

式中：P——介質中的壓力場，P=P(x,y,z,t)；

ρ——介質密度，ρ=ρ(x,y,z,t)；

υ——速度場，υ=υ(x,y,z,t)；

s——震源項，s=s(x,y,z,t)。

在逆時偏移中一般采用通過對（1）式的2階偏導數進行差分離散，以差分代替微分，求解波動方程，實現波場外推。

對逆時偏移而言，通常采用零延遲互相關作為成像條件。其成像條件可表述為：

式中：m(x)——點x的偏移成像值；

F(x,t)、R(x,t)——點x處的順時與逆時波場。

假設只有P波傳播、子波為脈沖函數，那么順時波場F(x,t)可以表示成：

因此可將成像條件簡化為：

假設炮點場代表下行波場，檢波點波場代表上行波場，成像條件可表示為：

式中：S、Rs——炮點、檢波點波場；

z、x——坐標軸；

t——時間。

2 正演模擬

為研究逆時偏移成像方法在實際成像應用中的效果，設計了如下模型，采用不同成像方法進行成像。

從圖1不同偏移方法得到的剖面可以看出，克希霍夫疊前深度偏移對于速度變化過于劇烈的地下介質，偏移成像精度不夠、剖面劃弧現象明顯。單程波動方程疊前深度偏移成像精度得到提高，偏移劃弧現象得到改善，但是在地層較為破碎的地帶，地震資料成像效果明顯下降，資料的橫向分辨率及振幅保真性還不十分理想。在斷層相對較為陡峭的地方其斷面成像質量也較差。逆時偏移采取雙程波動方程求解，通過科學的照明補償較好地恢復了斷裂破碎帶地區(qū)有效信號的能量，模型中的破碎帶也能較好成像。逆時偏移有效地提高了地震資料成像精度，增加了構造的準確度，整體上資料的信噪比及縱橫向分辨率都得到較好的改善。三種偏移成像方法對模型的成像顯示，逆時偏移相比于其它兩種方法其成像效果明顯更優(yōu)越，對復雜地區(qū)的地震成像將起到顯著的改善效果。

圖1 不同偏移成像方法對比

3 逆時偏移在復雜斷塊的應用

潿西南凹陷目的層埋深相對較深,斷層十分發(fā)育，受多期應力影響斷裂情況十分復雜，采用疊前克希霍夫深度偏移的地震資料與實鉆井認識具有一定誤差。基于逆時偏移高精度的成像效果，將逆時偏移運用在潿西南凹陷中深層復雜構造地震資料成像中。

疊前深度偏移參數的選取直接影響最終成果資料的信噪比、分辨率和偏移運行時間，一方面要依據理論公式和經驗，一方面還要做必要的試驗。影響逆時偏移效果的參數包括：偏移孔徑、反假頻因子、深度延拓步長、偏移輸出主頻等。

偏移孔徑：偏移孔徑決定于地下構造傾角的變化，理論上越大越好，但實際情況下孔徑過大會造成偏移噪聲過大，會影響到成像的質量。因此需要結合實際資料情況進行試驗，在保證目的層及陡傾角構造能夠成像的情況下盡量選擇較小的孔徑，這樣不但可以保證平層的成像質量，而且可以合理減少偏移時間。

本次處理充分考慮了本次成像目的層1800m附近地層成像與斷層歸位。根據目的層深度和最大地層傾角，根據以往該區(qū)地震資料成像分析，要獲得較好成像效果偏移孔徑（半徑）至少為3500m。通過采用不同偏移孔徑做試處理，來優(yōu)選偏移孔徑參數。對比6000m偏移孔徑與4000m 偏移孔徑偏移成果(圖2)，從斷層與地層成像來看，基本沒有區(qū)別。最終認為4000m 偏移孔徑能夠滿足處理要求。圖2為偏移孔徑參數試驗。

圖2 偏移孔徑實驗

反假頻因子: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，偏移剖面易出現假頻現象。它會影響偏移剖面的品質，因此需要進行三維反假頻濾波處理。而反假頻參數的選擇直接影響到偏移剖面的信噪比和分辨率。當反假頻因子過小，偏移成果的分辨率高、信噪比降低；當反假頻因子增大，信噪比提高、分辨率有所降低。結合信噪比和分辨率的雙重要求，通過兩個方向的反假頻掃描試驗（圖3）。該區(qū)地震資料采集密度25m×12.5m，為提高反假頻效果，選取最大反假頻因子為12.5m。比較12.5m 與10m 反假頻因子成像效果，發(fā)現兩批地震資料肉眼無法識別差異，為提高計算效率，最終選擇12.5m 的反假頻因子。

輸出主頻:輸出主頻參數過高，會產生太多噪音，影響目的層資料的信噪比。該參數的選擇要結合目的層資料的實際情況，協(xié)調好資料信噪比和分辨率的相對關系，保證最終的處理要求。比對主頻對分辨率的影響，在不產生假頻的前提下最終選取45Hz作為此次逆時偏移的輸出主頻。圖4為逆時偏移主頻參數試驗效果。

圖5 為克希霍夫疊前深度偏移與逆時偏移成像對比。從圖可以看到逆時偏移成果斷點更清晰，斷層歸為更好，斷層附近的破碎帶成像明顯改善。在圖中圓圈處，可明顯看到兩批地震資料成像差異。通過鉆井證實，逆時偏移地震資料深度預測誤差更小，與地質認識更相符，對地層成像更加可靠。

4 結論

逆時偏移成像理論上是實現全波場偏移成像最佳的方法。伴隨著計算機技術的發(fā)展，特別是向量并行計算機及高性能集群的快速發(fā)展，以及高精度速度分析與建模思路的提取和初步實現，使得計算需求和速度場對逆時偏移的制約逐步減小，逆時偏移成像技術開始應用與工業(yè)生產。從本次偏移成像效果來看，相比于克希霍夫偏移，斷層、層位成像改善明顯。通過逆時偏移成像地震資料進行構造解釋可獲得對地層更精確的地質認識。

圖3 反假頻因子實驗參數

圖4 逆時偏移主頻參數實驗

圖5 偏移成果對比

逆時偏移技術在地層速度橫向變化明顯，斷層發(fā)育的復雜地震條件下，成像效果相比于克希霍夫疊前深度偏移有明顯改善。地層各項異性與地震資料成像具有十分緊密的關系，在今后的地震成像中應適當考慮介質的各項異性。