松辽盆地地震资料小面元叠前插值逆时偏移处理

陈可洋

（中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）

松辽盆地地震资料小面元叠前插值逆时偏移处理

陈可洋

（中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）

为了进一步提高松辽盆地高信噪比地震资料的横向分辨能力，开展了小面元叠前逆时偏移处理的探索实践。首先采用理论模型合成逆时偏移脉冲响应，分析了地震数据的道间距与逆时成像面元的关系及其对最终成像结果的影响，提出了采用叠前道集插值处理来消除空间划弧干扰的思路，并在松辽盆地PN地区实际三维地震资料中进行应用。处理结果表明，检波线方向的道间距过大是引入空间划弧干扰的主要原因，通过叠前插值处理能够削弱这种干扰波场，并提高信噪比和横向空间分辨能力，这对于高信噪比地震资料高精度叠前逆时成像处理提供了一种重要的技术指导。

松辽盆地；逆时偏移；陆地地震资料；小面元逆时成像；高信噪比

地震波逆时偏移方法是现行复杂构造地震成像方法中理论较为成熟、成像最精确的方法之一。该方法具有以下诸多优点[1]：①对地震波动方程的近似最少；②能够解决多值走时问题；③实现多次波、回转反射波等通常认为是干扰波类型波场的准确成像。然而，逆时偏移方法具有计算量庞大、存储量巨大的两大技术瓶颈问题，是该方法自上世纪80年代提出以来没能得到充分重视和广泛应用的主要原因[2]。但随着近几年计算机技术的飞速发展，特别是基于CPU/GPU的高性能协同并行计算技术和大容量磁盘的并行快速存储技术的出现[3]，较大程度地解决了逆时偏移技术的这两大技术瓶颈问题，从而改善了逆时偏移技术的工业化应用现状。虽然克希霍夫积分法叠前深度偏移方法仍是当前工业界主流的地震成像方法，但是目前正逐渐被高精度逆时偏移技术所替代。

目前，逆时成像技术的理论已非常完备，能够完全借鉴地震波正演数值模拟技术的相关理论和数值计算方法[4-7]，例如高阶有限差分法、有限元法、完全匹配层吸收边界条件、稳定性条件等；形成多种类型的地震波逆时成像条件[8-12]，例如常规相关法逆时成像条件、基于波印廷矢量的逆时成像条件、时限时移相关法逆时成像条件等，还可以构建分方位共成像点道集和共反射角度道集等[13]；同时还有针对逆时偏移的配套方法[14-15]，例如拉普拉斯滤波方法、扩散滤波方法来压制低频逆时噪声、提高信噪等。这些理论方法的研究在一定程度上能够满足逆时成像技术实用化的要求，因此，逆时成像技术能够在墨西哥湾、北海等地区的岩下和岩丘侧翼成像方面取得重大突破[16-17]。然而该技术在陆地地震资料成像方面仍处于探索应用阶段，与海洋地震资料存在显著不同的是，陆地地震资料近地表条件更为复杂多变[18-20]，不规则干扰、随机干扰影响严重，同时满足逆时偏移的高精度速度模型建立困难，这些因素的综合影响制约了逆时成像技术在陆地地震资料的应用效果。

以松辽盆地PN地区地震资料为例，开展高精度叠前逆时成像处理的探索应用研究。该地区近地表条件较为简单，地表高差较小，地下以砂泥岩盆地沉积为主，同时原始地震资料的品质和信噪比均较高。根据松辽盆地高精度地震逆时成像精细处理的要求，开展了陆地地震资料小面元逆时成像技术的探索研究与应用，分析了小面元逆时成像存在的问题，并提出了叠前道集插值处理的思路，最终消除了逆时成像假象，并提高了计算结果的信噪比和横向分辨率，这为松辽盆地高信噪比地震资料高精度逆时偏移提供了重要的技术指导。

1 存在的问题分析与对策

以二维逆时偏移脉冲响应为例，模型总大小为1km×1km，横纵向网格大小均为5 m，输入地震道含5个振幅和相位均不同的雷克子波波形，雷克子波的子波主频均为30 Hz，介质速度为3 000 m/s。合成了零偏移距逆时偏移脉冲响应（图1），由于逆时偏移参数满足数值频散关系[19]，因此，脉冲响应中均未见数值频散现象，所以，图1计算结果中不存在数值计算精度的问题。图1（a）表示输入数据的道间距为10 m（是成像面元的2倍）时的逆时偏移脉冲响应结果，其计算结果中能够清晰见到连续的水平地层界面和模型两侧边界处的划弧现象，同时不存在任何偏移假象；图1（b）表示输入数据的道间距为20 m（是成像面元的4倍）时的逆时偏移脉冲响应结果，水平地层界面和模型两侧边界处的划弧现象仍清晰可见，但是在浅部连续界面上方出现了较弱的偏移划弧现象；图1（c）表示输入数据的道间距为40 m（是成像面元的8倍）时的逆时偏移脉冲响应结果，虽然水平地层界面位置仍可辨别，但是偏移划弧现象更为严重。

进一步分析图1可知，如果地震资料采集的道间距过大（通常检波线方向的道间距较大），在进行小面元逆时偏移成像时，将引入较强能量的偏移划弧现象，直接影响地震成像质量，这是地震采集的因素导致的地震成像假象。而通过减小输入地震道间距，即通过叠前地震插值处理，可以有效消除这种偏移假象，提高地震成像结果的信噪比。而当前逐步开展的宽方位、高密度地震采集就能够满足小面元逆时成像的要求，然而带来的地震采集成本太高，因此，针对常规的高信噪比地震资料提出了采用叠前道集插值的思路来节省勘探成本，实现小面元高精度地震逆时成像处理。

图1 不同地震道间距逆时偏移脉冲响应分析Fig.1 Reverse time migration impulse response analysis of different seismic channel spacing

2 实际资料应用效果

以松辽盆地PN地区地震资料为例，检波点方向的道间距为40 m，检波线方向的道间距为160 m，采用12线80道的地震观测方式，单炮数据共含有960道，采集面元为20 m×40 m，工区覆盖次数为48次。同时根据小面元逆时成像处理的要求，将成像面元定为20 m×20 m的规则网格进行高精度逆时偏移处理，其中逆时偏移参数严格满足数值频散关系。

结合第1小节的理论模型分析可知，PN工区检波点方向的道间距为40 m，是成像面元的2倍，在这个方向是不存在偏移假象；而检波线方向的道间距为160 m，是成像面元的8倍，因此，在这个方向存在较严重的偏移划弧假象，需要进行叠前道集插值处理（采用三维频率空间域叠前插值方法[21]）。插值后检波线方向的道间距为40 m，是成像面元的2倍，从而可以保证这个方向偏移划弧假象得到有效压制，而且插值后的叠前道集中未见明显的振幅畸变（图2），同相轴连续性较好，信噪比较高，由此可见，所采用的叠前道集插值方法具有相对保真的优点。

图3（a）为叠前道集未做插值处理的逆时偏移叠加结果，图4（a）和图5（a）分别为对应500 m和4km深度位置的地层水平切片。分析可知，地层同相轴横向连续较差，地层接触关系杂乱不清晰，且信噪比较低，浅层更为严重，其原因是深层速度较大，对应的波长较长，该现象被掩盖，这与第1小节分析的结果相一致，这正是由于地震采集的道间距是成像面元的8倍形成较强能量的偏移划弧干扰。图3（b）为叠前道集做插值处理的逆时偏移叠加结果，图4（b）和图5（b）分别为对应500 m和4km深度位置的地层水平切片。分析可知，地层的同相轴横向连续更好，地层接触关系更加清晰，且信噪比均得到有效提高。

图6（a）和图6（b）分别为图3（a）和图3（b）抽稀后的逆时偏移剖面，成像面元从20 m变为40 m，图6（c）为叠前道集未做插值处理的采集面元逆时偏移剖面，该方向成像面元为40 m。分析图5可知，图6（a）的地震成像剖面的信噪比和同相轴连续性仍较低，而图6（b）和图6（c）的成像结果具有较好的可比性，由此可见，通过叠前道集插值处理可以实现高精度的小面元逆时成像处理，能够削弱由于采集观测因素在地震成像过程中引入的偏移划弧现象。由于成像面元比采集面元减小了一半，因此，小面元逆时成像结果增加了对该地区地层接触关系的横向刻画能力。

3 结论

1）采用逆时偏移脉冲响应研究了地震数据的道间距与成像面元的关系。当比值小于4时，空间划弧干扰的能量较弱，在实际地震资料成像中能够接受；而当比值大于4时，空间划弧干扰的能量较强，此时的成像结果信噪比和连续性均较低。因此，道间距过大是引起成像结果较强偏移划弧干扰的主要原因。

图2 插值前（a）和插值后（b）叠前地震道集Fig.2 Prestack seismic gather before（a）and after（b）interpolation

图3 叠前道集插值前（a）和插值后（b）小面元逆时偏移剖面对比Fig.3 Small bin reverse time migration section comparison before（a）and after（b）prestack seismic gather interpolation

图4 500m深度位置叠前道集插值前（a）和插值后（b）小面元逆时偏移水平切片对比Fig.4 Small bin reverse time migration horizontal slice comparison before（a）and after（b）prestack seismic gather interpolation

图5 4km深度位置叠前道集插值前（a）和插值后（b）小面元逆时偏移水平切片对比Fig.5 Small bin reverse time migration horizontal slice comparison before（a）and after（b）prestack seismic gather interpolation

2）提出了采用叠前道集插值处理的思路来压制小面元逆时成像结果中的空间划弧干扰，在实际地震资料应用中既提高了成像结果的信噪比和连续性，同时由于减小了偏移面元，增加了横向的空间分辨能力。

图6 对图3隔道抽稀后的剖面（a）和（b）与叠前未插值（c）的常规面元逆时偏移结果对比Fig.6 The section in Fig.3 after thinning processing（a）and（b）compared with conventional bin reverse time migration section without prestack interpolation processing（c）

3）早期地震采集没有考虑后续的小面元地震成像应用，而通过叠前道集插值处理可以节约勘探成本，因此，笔者方法可为高信噪比地震资料的高精度逆时成像提供技术指导。

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（编辑：尹淑容）

Seismic data small bin prestack interpolation reverse time migration processing in Songliao Basin

Chen Keyang
（Exploration and Development Research Institute of Daqing Oilfield Co.,Ltd.,CNPC,Daqing,Heilongjiang 163712,China）

In order to improve the horizontal resolution of the high S/N ratio seismic data in Songliao Basin,the exploration on small bin prestack reverse time migration processing was carried out.The synthetic reverse time migration impulse responses with theoretical model were used to analyze the relationship between seismic data’s trace spacing and reverse time imaging bin,together with the effect on the final imaging results.The idea of prestack interpolation processing was presented to suppress the spatial arc noise,which finally was applied to the 3D practical seismic data migration processing of PN area in Songliao Basin.The results showed that,the main cause introducing the spatial arc noise was the large trace spacing along the receiver line direction,which could be suppressed by prestack interpolation processing,and the S/N ratio and the horizontal spatial resolution were improved. Therefore,the proposed method is an important technology guidance for high precision prestack reverse time migration processing of high S/N ratio seismic data.

Songliao basin,reverse time migration,land seismic data,small bin reverse time imaging,high signal to noise ratio

P631.4

A

2014-11-19。

陈可洋（1983—），男，工程师，从事高精度地震波传播模拟与逆时成像、高性能集群并行程序开发、实际地震资料数字处理方法研究与应用等。