变质岩潜山地震资料处理方法探讨

于娟

摘 要：辽河油田潜山经过四十余年的勘探，成果丰硕。在不断获得勘探重大发现，获取规模储量的同时，也不断完善了潜山勘探理论及相应的配套勘探技术系列。特别是近年来辽河油田提出了变质岩潜山内幕成藏勘探理论，并以此为指导在兴隆台～马圈子潜山带深层潜山和潜山深部获得重要突破，整体上报探明石油地质储量1.27亿吨，为辽河油田的增储稳产做出了巨大的贡献。辽河坳陷中央凸起潜山带具有较好的石油地质条件，钻探的赵古1已获重大发现，赵古2井显示存在变质岩内幕油藏，预示中央凸起变质岩潜山内幕油藏勘探拥有很好的前景。但变质岩潜山内幕结构、构造识别划分是关键点也是难点，加之中央凸起潜山内幕地震资料品质较差，这就需要在地震资料处理上有相应的配套处理方法，本文以中央潜山带为例针对变质岩潜山进行地震资料处理并且研究出配套处理方法。辽河坳陷中央潜山带地质情况复杂，潜山带及其两侧断裂附近横向速度突变，潜山内幕信噪比低，成像较差。为了理清断层位置，搞清潜山与东西两侧凹陷接触关系，提高潜山内幕成像质量，我们对辽河坳陷中央潜山带资料进行了叠前深度偏移处理和研究。本文首先介绍了克希霍夫叠前深度偏移的方法原理，进而阐述了建立精确速度-深度模型的思路和实施方法，并利用该速度模型进行了克希霍夫深度偏移和逆时偏移两种方法的成像运算，最后将叠前深度偏移成果与叠前时间偏移成果进行比较。深度偏移技术可以有效解决潜山及两侧断裂附近速度横向突变问题，使地下构造成像更加合理，同时信噪比和保真保幅方面也有所提高。

关键词：叠前深度偏移 中央潜山 速度建模 辽河坳陷

中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：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

中央潜山带位于辽河坳陷中部，具有被东西边界断层所夹持的狭长构造特征。研究区内地层倾角较陡，横向速度变化快，潜山内幕有效反射信息弱，有效频带窄，信噪比低，波场复杂，成像困难。常规叠前时间偏移算子仅含绕射项方程，其假设局部地层平缓，且绕射曲线具有双曲线时差特征，利用时间域RMS速度把近似于双曲型地震波绕射波能量聚焦到双曲面的顶点进行成像[1～2]。然而，当地下介质传播速度存在剧烈横向变化且分界面不是水平层状时，则需要添加透镜项来适应速度的横向变化引起的折射效应[3]，只有采用叠前深度偏移技术才能使共反射点的叠加和绕射点准确归位。

1 叠前深度偏移方法

Kirchhoff积分法叠前深度偏移是基于标量波动方程的积分解，是以“绕射最大凸度曲线”的概念为基础建立起来的叠前深度偏移方法。标量波动方程

（1）

给出了在T时刻点以在介质中传播的压力波场。

通过推导，克希霍夫积分解可表示为波场经一定延迟时在闭合曲面A上的积分，即

（2）

式中为用波场求区域A上经延迟时的积分。式（2）右侧第一项取决于波场的垂向梯度；第二项成为近场源项，以衰减；第三项为远场源项[4]。

2 高精度叠前道集处理技术研究

2.1 叠前多道多域去噪

噪音是影响资料信噪比的主要因素，根据频率，振幅，空间传播规律分为规则噪音和不规则噪音[5]。本研究区的噪音主要有强振幅高频干扰、多次波，工业电干扰、面波以及随机干扰等。我们在多道记录上，根据信号与噪声的空间相干性、传播方向性、观测重复性和能量衰减及频率吸收规律性的差异，对噪音和信号的特征进行分析、识别、分离、压制或剔除。由于不同处理阶段，噪音对信号的影响不同，所以去噪理念应贯穿整个处理过程。首先应压制特征明显的或强能量的噪音；不同的噪音应用不同的去噪方法区别对待；针对噪音存在形式和分布规律，选取适当的参数和方法，在不损失有效波的前提下在叠前尽量压制干扰波，以提高资料信噪比，改善成像质量。

2.1.1 减去法压制面波

面波在原始地震资料上能量很强，频散严重，分布范围广，具有主频在6 Hz，视速度450 m/s的特征。首先确定面波发育的区域，利用主频分离出面波，然后从原始数据中减去面波，从而使其得到压制，这样在压制低频面波的基础上保全了有效信号的低频成分（见图1）。

2.1.2 强野值干扰分频压制

根据“多道识别，单道去噪”的思想，在不同的频带内自动识别地震记录中存在的强能量干扰，确定出噪音出现的空间位置，根据定义的门槛值和衰减系数，采用时变、空变的方式予以压制。计算中使用的识别参量为数据包络的横向加权中值，这种分频处理方法可以提高去噪的保真程度。

2.1.3 多次波多步多域压制

有些相干噪声具有明显的区域性，如多次波和杂乱的散射，它们在速度谱上可以识别，但由于它对有效波的干涉，影响有效信号在速度谱的成像，应予以压制。多次波压制有很多方法，主要有：共中心点叠加法，通过有效波和一次波的剩余时差不同，通过叠加加强一次波，压制多次波；变信噪比宏面元法，通过拉东分解法实现多次波压制；局部相干滤波法，用多次波正常时差校正，根据多次波具有高度相干性予以压制；一些多用于海洋资料压制海底多次的多次波压制方法，如预测反褶积、波动方程外推法，SRME等。

2.2 能量一致性调整与补偿

受采集因素和地质因素影响，地震资料能量分布在时间和空间上分布都存在很大差异。研究过程中我们首先通过球面扩散补偿在时间上对能量进行调整；然后利用地表一致性能量补偿在空间上对能量进行调整；最后针对潜山内幕弱反射区进行剩余能量补偿，从而保证叠前道集能量一致性（见图2），防止偏移划弧现象发生。

3 叠前深度偏移速度-深度建模

在叠前深度偏移处理中，除了高精度叠前处理道集要保证质量外，关键是偏移成像对速度模型的精度有很强的依赖性。若速度模型不准确，则地下反射层偏移位置不准，深度误差也会加大[6～7]。可见，速度模型精度的高低直接控制着偏移成像精度，对速度模型的建立及模型修正过程中的迭代更新方法进行研究是至关重要的。因此我们在整个研究和质量监控过程中，紧紧抓住速度分析这一关键，大幅度提高速度求取的精度，建立精确的三维速度-深度模型，保证深度偏移成像质量。

现有软件系统提供多种速度分析、修正以及模型验证手段，本次研究速度建模采取的是垂向速度建模和三维网格层析成像速度建模的方法，最终确定叠前深度偏移速度-深度模型。

垂向速度建模可以借助多种手段，减少处理结果的多解性，得到垂向变化连续的介质模型，有效改善成像精度。首先，叠前时间偏移相对于叠前深度偏移对速度的敏感度要小，更容易求取均方根速度。因此我们以前人的偏移速度作为初始速度，按不同百分比进行速度扫描和偏移测试，同时输出共反射点道集；然后根据偏移剖面和共反射点道集进行新速度的拾取；再以新速度为输入对数据进行偏移，并检查偏移剖面和共反射点道集，对不合理位置进行重新拾取。通过利用叠前时间偏移进行速度迭代的循环，以求取精确的均方根速度，为叠前深度偏移提供长波长的速度。

上一步求取了精确的叠前时间偏移速度，但由于偏移技术的差异，最好的叠前时间偏移速度未必是最好的叠前深度偏移速度，因此，需要利用叠前深度偏移做适合叠前深度偏移速度的进一步细化。叠前深度偏移的初始速度模型是叠前时间偏移求取的最终均方根速度模型。与叠前时间偏移速度分析的区别就是通过叠前深度偏移作为迭代手段，每次将得到的深度域CRP道集转换到时间域来分析。利用速度模型通过选择目标线来完成叠前深度偏移，速度分析采用三维交互速度分析的方法来最终建立准确的初始速度-深度模型。

该过程要加强质量监控措施。速度的准确性直接的表现是动校CRP道集是否拉平，速度过高或者过低都会引起CRP道集下拉或者上扬。交互速度分析是建好速度模型的基础，在速度分析时，首先根据速度分析点对应于剖面上的位置，判断速度的大小和变化趋势，然后分析相应的道集和速度谱，判断是否是假聚焦和成像反射同相轴是否为有效信号（如多次波等）。

在得到初始速度-深度模型的基础上，结合钻井，测井资料，以合成地震记录为桥梁，对过井线进行层位标定，并利用叠前时间偏移剖面进行地质层位解释。从浅到深共解释五层数据对全区地质构造特征进行控制。然后利用三位网格层析成像法，以叠前深度偏移产生的深度域共反射点道集作为输入，通过不断调整模型的速度与界面深度，求解与共反射道集完全相似的理论共反射道集，从而得到调整后的速度和界面深度。它是用射线追踪产生的非双曲线动校正量来调整速度和深度，精确度更高。另外层析成像法采用的是全局最优分析法对模型进行整体的调整，可以避免剩余速度分析产生的横向野值剧变（见图3）。

4 叠前深度偏移参数的优选

4.1 偏移算法的选取

相同的速度模型，不同的叠前深度偏移算法的成像效果显然也不同。克希霍夫积分法叠前深度偏移具有快速灵活的特点，可以方便的偏移目标线，广泛用于深度偏移速度建模。但因其近似性和方法局限性，如多走时路径，假频问题等，使得其对速度模型具有很强的依赖性，从而影响成像效果。基于波动方程微分解的逆时偏移成像技术是多路径、全波场的算法，可在时间-空间域或频率-空间域通过波场延拓，求取偏移成像位置，速度横向变化适应能力强，具有保幅，偏移噪声小等优点，但是它运算周期长，且不能进行目标线偏移，不能用于求取该偏移方法的精确速度模型。

4.2 偏移孔径优选

用于叠前深度偏移的速度-深度模型确定后，影响偏移成像效果的最主要参数有两个：一是地震波场函数，即输入的共中心点道集的质量。二是参加求和道数的偏移孔径。偏移孔径决定于地下构造倾角的变化，该参数对陡倾角构造及断层成像非常关键，同时该参数决定偏移的运算时间。孔径太小，就会导致陡倾角的消逝，同时原来道与道之间的不相关噪声容易被改造成一定程度的相关噪声，形成一些假的、短的同相轴。孔径太大，则引入空间假频等噪声，同时也增加了不必要的工作量。理论上孔径是根据地层最大倾角确定的。该参数的选取原则是在保证陡倾角能够成像的情况下尽量选择较小的孔径，这不但可以保证平层的成像质量，而且可以减少偏移时间和偏移噪声的影响。

4.3 反假频因子优选

在道间距和最高频率一定的前提下，绕射波到达检波点的角度太陡，偏移剖面易出现假频现象。它会影响偏移剖面品质，因此需要进行三维反假频滤波处理。反假频参数的大小影响着资料的信噪比和分辨率，如果参数太小，去假频能力弱，资料分辨率高，信噪比低；如果反假频因子参数过大，剖面信噪比提高，但分辨率会降低。研究过程中需要对反假频因子进行两个方向的试验，结合该参数对叠前深度偏移剖面信噪比和分辨率的影响确定参数。

5 应用效果分析

5.1 克西霍夫深度偏移应用效果

叠前深度偏移与叠前时间偏移相比，其优势在于适用于速度横向变化大时。而在实践中发现，其实由于速度的合理求取与应用，深度偏移几乎在所有资料应用中的效果都会优于时间偏移，尤其在断层正确归位、提高资料横向分辨率方面有优势。只是改进程度有大有小的问题。（见图4）

5.2 逆时偏移应用效果

逆时偏移处理能最大限度保真、保幅，很好的保持了振幅的相对关系，并有效、合理地提高了资料信噪比和分辨率，斜层构造及断面成像、潜山内幕成像较精确。

逆时偏移本身就是高精度成像处理，偏移速度建模与运行偏移的过程均需要不断逼近与多次迭代的过程。模型经常需要修正与重建，即使基本正确也需要不断逼近，才能获得更加精确的成像。（见图5）

6 结论

叠前深度偏移技是解决速度横向突变的复杂地质构造地区准确成像的关键技术，对提高区域构造解释和地质认识有决定性作用。通过理论研究和实践应用我们总结出以下几点认识。

（1）对叠前道集进行精细处理是叠前深度偏移成像获得良好效果的前提。主要体现在静校正，多域噪音压制，覆盖次数、炮检距的规则化，能量补偿与调整，反褶积等方面。

（2）解释处理的有效结合是叠前深度偏移的基础。处理人员对测井，钻井，录井，vsp和地震解释成果等资料加强认识，并在速度模型建立和迭代优化过程中充分利用，能有效提高速度建模的效率和精度。

（3）叠前深度偏移对速度横向突变，构造关系复杂区域有更强的适应能力，在速度足够精确的情况下，成像比叠前时间偏移精确。

（4）速度模型的精度是制约叠前深度偏移成像的精度的关键。成像算法从克希霍夫偏移、波动方程偏移到逆时偏移，成像精度越来越高，但速度模型受低信噪比、迭代算法等制约尚难以对地层和速度场变化进行精细的刻画。

参考文献

[1] 渥·伊尔马滋，著.地震资料分析一地震资料处理、反演和解释[M].刘怀心，曹孟起，张进，等，译.北京：石油工业出版社，2006.

[2] 石丸A，著.随机介质中波的传播和散射[M].黄润恒，周诗健，等，译.北京：科学出版社，1986.

[3] 李灿苹，刘学伟，王祥春，等.地震波的散射理论和散射特征及其应用[J].勘探地球物理进展，2005：81-88.

[4] 王翠华，何光明，张帆.三位叠前深度偏移技术在川中地区的应用[J].石油地球物理勘探，2009，44（增刊）：72-75.

[5] 熊荔.复杂地区地震数据处理思路[M].北京：石油工业出版社，2002.

[6] 杨文采，李幼铭.应用地震层析成像[M].北京：地质出版社，1993.

[7] 胡英，张研，陈立康，等.速度建模的影响因素与技术对策[J].石油物探，2006，45（5）：503-537.