疊前連片地震資料處理技術研究
——以古中央隆起帶應用為例

李 娜

（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

為了查清古中央隆起帶在橫向上構造的分布型態，本次研究將六塊“郵票式”采集的地震工區拼接起來進行連片處理，而該構造主體部分位于六個區塊拼接的區域，因此連片處理做到無縫拼接才能實現地下構造的準確成像。

該地區三維地震資料滿覆蓋面積928.61km2，施工年度跨越10年，施工隊伍，采集目標以及觀測系統都存在差異，原始資料采集過程中有如下特點：①六個工區采集目標分為中淺層和深層兩種；②采集的面元不同：分別有10m×20m，20m×20m、25m×25m、25m×50m四種；③觀測系統方向不同：有正交和45°斜交兩種；④覆蓋次數差異較大：D 工區覆蓋次數最低為40次覆蓋，F 工區覆蓋次數最高為448次覆蓋（圖1）。

圖1 連片工區覆蓋次數圖

因此，在此次連片處理中存在時差、子波和能量一致性的問題，具體分析如下：

（1）六塊工區地震資料采集時年度跨度較大，從1997年采集的D工區480道接收地震資料到2016年采集的F工區12544道接收地震資料，并且由于工區間重疊面積較大，且采集面元不同，相鄰區塊檢波線位置不重疊，存在偏移量，導致連片地震記錄出現時差，和由于覆蓋次數不均引起的橫向能量、振幅不一致的問題。

（2）由于施工隊伍、采集儀器，以及施工方法和地質條件的不同，導致采集到的地震資料品質相差較大。連片工區跨越面積大，近地表條件復雜，高程變化大，呈現東南高、西北低的特點，炮點高程在132.7~195.3m 之間，檢波點高程在131~203m 之間，高程較高部分主要集中于連片工區東南部，即E 和F 工區的東南部。

（3）由于受到施工條件和近地表條件影響，各區塊資料品質以及頻率差別較大。A、C和D工區資料信噪比較高，但是偏移距較小；E工區針對深層目的層采集，信噪比較高，資料偏移距大；B 和F 工區采集采用單點接收，覆蓋次數高，但是資料信噪比較低。B 和F 工區有效信號頻帶范圍在6~25Hz 之間，低頻信號較為突出，頻帶范圍窄，A、C、D 和E 工區有效信號頻率在8~50Hz范圍內，頻帶相對較寬。

綜上所述，連片工區在網格和方位角統一，時差校正，能量調整，以及子波一致性處理等方面存在較大的困難。在本文中，提出以下幾項關鍵技術：①采用區塊間時差校正,消除區塊間由于采集因素不同而造成的固有時差，連片統一微測井約束初至波層析反演靜校正，實現連片構造無畸變；②單炮初至能量補償，調整由于震源能量不同而造成單炮能量差異，采用連片地表一致性振幅補償，全區能量統一計算及分解，消除由于地表因素造成單炮及接受點間能量差異，采用基于覆蓋次數能量補償，消除連片工區由于覆蓋次數差異較大引起疊加能量差異及偏移劃弧現象。通過以上三步能量調整，解決了連片工區整體能量一致性問題。③采用子波整形技術，有效地消除不同工區采集條件以及震源類型的差異所造成的區塊間波形存在較大不一致，解決了連片資料波形及頻率的問題；④應用kichihoff彎曲射線疊前時間偏移技術，實現復雜地質條件下地震資料的偏移歸位，使剖面層間構造刻畫更加清晰，反射特征更加真實可靠。

2 關鍵處理技術

為了實現連片工區無縫拼接的處理，得到高信噪比、高分辨率的地震資料，來滿足解釋和地質人員針對目標儲層的精細刻畫，本次處理在時差調整和全區統一連片靜校正，能量一致性處理，相位和子波一致性處理，數據規則化技術以及疊前時間偏移技術方面，進行了精細的試驗和分析。

2.1 連片靜校正及時差調整技術

由于本次處理包含六個區塊，近地表情況復雜，高程變化較大，而且不同區塊間存在采集儀器引起的時差問題，因此靜校正和時差問題是本次處理的難點之一。

2.1.1 微測井約束初至波層析反演靜校正

靜校正處理是地震資料成像的關鍵環節，靜校正的準確與否是同相軸疊加成像精度的關鍵，直接影響疊加剖面的垂向分辨率和資料信噪比。此次連片處理的六個工區經過區域面積大，由于受到近地表表層介質和結構差異的影響，如果不考慮低降速帶的橫向變化，很容易造成地下構造的扭曲，影響處理精度，因此，采用微測井約束初至波層析反演靜校正技術來有效解決靜校正問題[1]。

層析靜校正利用了地震記錄的初至信息，按回折波射線理論反演近地表模型，進而獲得準確的靜校正量。經層析靜校正處理后，基本上可以消除記錄上靜校正的影響，剖面上反射構造真實可靠。然而常規的初至波層析反演近地表速度模型淺層低速信息并不豐富。應用微測井約束初至波層析反演靜校正技術，應用微測井約束的層析反演近地表速度模型，具有更加豐富的淺層低速信息，使得速度模型精度更高，符合真實的地質構造趨勢，為后續地震數據處理提供精確的基礎數據[2]。

微測井約束層析反演近地表模型與反射波速度模型融合流程如下：選擇大于靜校正計算的偏移距范圍對近地表模型進行反演，參考射線密度，反演的速度模型更深，深層精度更高。修改高速層頂界面，輸出全部反演速度模型，并將地表高程線和速度模型采取相同平滑參數把速度模型做平滑，以射線密度作為參考，截取可靠的速度模型，與建立的反射波模型相融合，從而得到小平滑面模型，將CMP道集從浮動基準面，放置到小平滑面上，完成數據與速度模型的匹配。匹配后速度模型更加接近地下真實構造情況，計算的靜校正量值更加真實，從而完成地震數據的靜校正處理。

2.1.2 時差調整

采用各工區拼接重疊位置時差分析和調整的技術[3]，解決接收情況不同引起的閉合時差問題，在時差調整之前，拼接位置的同相軸發生錯斷，經過時差調整后，區塊間同相軸變得連續，相位和振幅趨于一致。因此，在處理連片資料時，需要進行時差調整，在統一基準面的前提下，用來消除由于采集年度和激發接收條件不同引起的閉合差問題，進一步提高資料品質。

2.2 能量一致性處理技術

在處理連片工區資料時，由于受到近地表情況變化、激發和接收因素的不同以及采集設計差異的綜合影響，導致工區內和工區間的能量都存在差異。首先，應用球面擴散補償技術，解決工區內由于球面擴散導致的淺中、深層縱向能量不均的問題，依據區域速度變化規律，選擇合理的球面擴散補償參數。而后，應用地表一致性振幅補償技術，消除地表條件空間變化引起的一個排列內的能量和振幅差異，使各區塊能量級別達到一致。由于近地表激發和接收條件存在不同，會造成道之間、炮之間的能量差異，因此，在補償時，按照炮點、檢波點、CDP和偏移距四個分量來計算[4]。

地表一致性振幅補償分為振幅統計、分解和補償應用三步，具體原理表述如下：

（1）選定需要統計的時窗，對視窗內每個樣點的均方根振幅值和平均振幅值進行統計：

（2）依據褶積原理與地表一致性的假設前提，激發點i，接收點j，用公式表示地震道的振幅因子如下：

式中：Aij——第i炮激發，第j點接收計算的均方根振幅或平均振幅值；

Si——與激發點i有關的振幅分量；

Rj——與接收點j有關的振幅分量；

Gk——CDP的位置k有關的振幅分量；

Mh——與偏移距有關的振幅分量。

對上式取對數，得到：

假設A′ij為振幅因子的觀測值，它是通過求記錄的道平衡因子的倒數得到的。令：

為使上式的值達到最小，分別求取S、R、G和M的偏導數，并令：

然后應用高斯—賽德爾迭代法分解出影響振幅的激發點、接收點、CDP 點和炮檢距四個振幅因子分量，再將其代入公式（2）得到振幅因子Aij。校正比項是Aij與A′ij之比。

（3）應用激發點項、接收點項和校正比項，對數據道振幅進行校正，從而完成地表一致性振幅補償處理。

由于連片工區的覆蓋次數在橫向上存在很大差異，因此導致了地表一致性振幅補償處理后，區塊間能量不均衡的問題并不能完全得到解決，在此基礎上，筆者提出了基于覆蓋次數的補償技術，應用全區數據的非加權疊加體統計均方根振幅能量，求取振幅加權系數，應用于疊前CMP道集上，從而削弱或消除覆蓋次數不同引起的振幅能量橫向差異[5]。

經過地表一致性振幅補償后，縱向和橫向的能量基本趨于一致，經過基于覆蓋次數能量調整后，區塊間能量更加均勻，拼接處和邊界處保持其能量調整前疊加剖面的相對振幅值，能夠有效避免由于振幅能量不均造成的構造假象。

2.3 連片子波整形技術

針對連片工區數據在子波、振幅、相位和頻率方面存在的差異，需要在反褶積之前進行子波整形處理。子波整形是連片工區處理的關鍵技術，選取資料品質好的區塊為目標區，求取統一期望輸出的地震子波，根據反射系數一致性原理，保證好的資料品質不損失，逐步將其他區塊多樣化的地震子波與期望輸出的地震子波統一，以消除受不同因素影響帶來的子波不一致問題[6]。

為了使整形算子能夠更加穩定，而且成像質量更高，需要從高信噪比資料以及目的層時窗內提取整形算子，原理如下：

設計Xi(t)是需要整形的B 工區疊加剖面地震道，Zi(t)為目標工區A 疊加剖面的地震道，設計整形算子mi(t)應用于地震道Xi(t)，使得Xi(t)與地震道Zi(t)接近。假設實際與期望輸出的誤差為ei(t)，則有：

如果E表示總誤差能量，則：

依據最小二乘法原理，總誤差能量對整形算子mi(t)的偏導數等于零，可以得到托普里茲矩陣方程來求解整形算子：

求解方程就可以得到需要整形的地震道Xi(t)的整形算子mi(t)。應用時將mi(t)于地震道Xi(t)進行褶積運算，完成子波整形處理。

子波整形處理的基本流程是：將不同工區選取CMP 完全重合的數據分別疊加，從目標工區有效頻帶范圍內提取子波，與期望輸出的理論子波進行相關運算，得到整形算子，然后把這個算子應用到疊前地震資料中進行子波整形處理[7]。

2.4 基于偏移距體的數據規則化技術

由于本次連片處理的六塊工區有10m×20m、20m×20m、25×25m、25m×50m 四種面元，觀測系統方向也存在差異，因此，當沿正交方向建立20m×20m處理網格進行處理時，會出現偏移距分布不均勻，甚至出現空道的問題。為彌補采集因素導致的數據缺陷，提高剖面成像質量，使炮檢距均勻分布，采用數據規則化技術是極其必要的。采用基于偏移距域體的插值及數據規則化技術，其優點是：①規則化解決了空面元及高覆蓋次數冗余道問題；②每個偏移距體內數據經過動校正后疊加，然后進行數據插值及規則化，保證地震資料信噪比；③此方法能夠解決大數據量插值及規則化時對節點內存的要求，可以全工區同時進行。

此技術的實現過程是，輸入不規則的疊前偏移距體數據，通過傅里葉分解和傅里葉重構的方法，采用sinc函數進行插值，公式為：

將不規則的數據，沿著兩個方向轉換成規則的數據，再通過傅里葉反變換輸出。該技術在一定程度上能夠改善由于采集因素導致的觀測系統變觀嚴重，對疊前偏移數據能量、波形進行了補償[8]。

如圖2 所示，經過數據規則化處理后，覆蓋次數明顯均勻，空白面元現象消失。圖3為數據規則化前后疊加剖面，填補了由于炮檢距變化造成的淺層缺口以及方位角和面元變化造成的空道現象，同相軸連續性增強，剖面疊加效果得到明顯改善。

圖2 數據規則化前后覆蓋次數分布圖

圖3 數據規則化前后疊加剖面圖

2.5 基于彎曲射線疊前時間偏移技術

一般來說，疊前時間偏移速度場vP(t)是在某個成像位置點P 隨時間變化的函數，直射線和彎曲射線偏移的區別是，前者是成像位置點P的均方根速度，后者為層速度。Kirchhoff 疊前時間偏移是一種高頻近似的方法，當地下存在復雜構造時，很難滿足成像需求，成像效果受入射角變化的影響較為敏感，速度劇烈變化可能會導致射線路徑求取錯誤。因此，為了提高成像的精度，在本次連片工區處理中，采用基于彎曲射線的Kirchhoff 積分法完成疊前時間偏移。這種方法具有計算耗費機時短、適應性強的優點，同時優化了走時計算的算法，提高復雜構造的成像準確性[9]。

直射線Kirchhoff 疊前時間偏移基于雙平方根方程為：

式中：T0——垂直傳播時間；

H——半偏移距向量；

T——地震波從震源(X-H) 位置到檢波器(X+H)位置的旅行時；

vrms——均方根速度，一般取中心點處的均方根速度。

彎曲射線走時計算，采用層速度模型，其計算公式為：

式中：h——半偏移距。

系數ci的計算方法如下：

其中：

式中：ΔTi——地震波在第i層中的傳播時間。

綜上分析，系數ci是由層速度推導的，如果只有c1，式（11）與式（10）等價，即直射線走時計算方法是彎曲射線走時計算方法的一階近似。而對于三維層速度模型，速度隨出射點位置變化而改變，這種計算方法更加精確，與真實地質情況更加吻合。

為了得到最佳的成像效果，有以下幾個方面需要注意：

（1）在疊前時間偏移處理之前，需要保證輸入高質量的CMP 道集，具有較高信噪比，能量振幅均衡，相位一致，同相軸清晰連續。

（2）疊前時間偏移的關鍵參數是偏移孔徑，偏移參數的選取直接影響偏移運行時間以及偏移成像的分辨率和信噪比。偏移孔徑參數，影響成像的信息范圍，成像目標層越深，傾角越大，則偏移孔徑就越大。深層目的層成像時，過小的偏移孔徑會使陡傾角同相軸遭到破壞，振幅變化劇烈，還會產生大量的隨機噪音，可能造成假的水平同相軸，當偏移孔徑過大時，會浪費大量的運算時間，降低處理效率。

（3）每一輪試驗線偏移后，需要通過偏移輸出的CRP道集是否拉平，偏移剖面構造是否正常，來判斷偏移速度場的準確程度，并進一步進行速度更新，優化得到最終的速度模型。

3 處理效果分析

古中央隆起帶六塊工區資料面積大，地表橫向變化、采集年度跨度及采集因素存在很大的差異，因此為解決連片拼接處理中遇到的時差、子波和能量一致性等問題帶來了一定的困難，筆者結合勘探地質需求及資料特點，采用時差調整和全區統一連片靜校正，能量一致性處理，相位和子波一致性處理，數據規則化技術以及彎曲射線疊前時間偏移技術，對六個區塊資料進行了連片處理，取得了較好的應用效果。

圖4 為新老疊前時間偏移剖面對比，相對于老資料，本次處理繞射波歸位準確，基底、內幕及斷裂成像質量明顯改善，信噪比、分辨率和頻率得到提高。圖5為新老處理成果目的層的等時切片對比，整體看新成果空間能量更加均衡，構造特征及接觸關系更加清楚。

圖5 新老成果2100ms等時切片對比

4 結論

（1）在古中央隆起帶三維地震資料連片處理中，確定處理方案和技術流程前，需要根據地質任務需求，對原始資料進行充分分析，了解連片處理中存在的難點及影響因素。

（2）通過針對性地應用微測井約束初至波層析反演靜校正，時差調整，能量一致性處理，相位、子波一致性處理，基于偏移距體的數據規則化，以及彎曲射線疊前時間偏移技術，消除了由于采集因素導致的資料差異，削弱了近地表因素對振幅的影響，減少了覆蓋次數不均引起的畫弧現象，使連片工區的區塊間能量、振幅及相位趨于一致，分辨率和信噪比得到較大的提高，能夠清晰刻畫基底內幕結構，實現了對侵入巖體進行準確成像，從而指導基巖內幕巖性解釋及天然氣分布規律研究。