散射波成像技术在潜山地震资料处理中的研究与应用

柳世光

(中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

0 引 言

地震波传播经过地下介质时，由于地质构造的影响，会产生反射或散射，具体是反射还是散射取决于介质的地质特性和构造的几何尺度。一般来说，当地下构造尺度小于一个波长时，会产生地震散射波，如微小裂缝、断层断点、复杂地质体边缘等都会产生地震散射波[1-2]。相比传统的反射波成像方法，散射波成像方法能够实现更高分辨率的成像，但散射波的能量却比反射波的能量弱得多，因此，散射波的偏移、聚焦、归位都极具挑战，要避开相干性极强的反射波来适度地加强散射波能量，难度也很大。

现有的大多数散射波成像算法可以划分为两大类[3-8]。第1类算法比较快捷有效，是在数据域采用能量分离方法，从原始地震数据中提取散射波能量，而后进行成像，但除了一些理想的简单情况外，通常这类算法得到的散射波中，剩余的反射能量仍很强，在后续的成像中仍会占主导地位，导致散射波成像效果差。第2类散射波成像算法是在偏移中或偏移后道集上对反射能量进行压制，不对原始地震数据进行操作。通常可以通过构建具有相干性的散射倾角道集，利用偏移后的构造信息来去除反射能量。对于简单横向尺度变化的地质环境，这些方法是有效的，但当地下倾角快速变化时，反射能量的压制就面临巨大的挑战。

文中采用了一种综合方案，将以上2种算法结合起来。首先，在CDP道集或者共炮点道集上，对地震数据中的反射能量进行剥离；而后，对剩余的地震数据进行偏移，构建散射波倾角道集；最后，在散射波倾角道集上进一步压制残余反射能量，并适当加强散射波能量，实现散射波成像。潜山油气藏是辽河油田的主要油藏类型，潜山内部结构复杂，常规的反射波成像难以取得突破[9-15]，而文中提出的新型成像技术在辽河油田曙光潜山地震成像研究中取得了成功。

1 散射波成像原理及技术流程

1.1 散射波成像原理

波的反射和散射本质上具有相同的物理机理，因为一个反射在数学上可以由一系列有序的散射点构建而成。反射角可以由斯涅尔定律来确定，而散射角却只有统计学意义。实现散射波成像的主要障碍是反射波能量远远强于散射波能量，这是由于地质结构引起的。因此，即使常规的成像处理能将散射波正确偏移归位，也几乎看不到，因为其被掩埋在超强的反射波能量当中[16-17]。因此，散射波成像技术的主要目标是在数据域和成像域压制反射波能量的同时加强散射波能量，而后，即可通过瞬时振幅和水平切片等方式突出所提取到的散射波能量。

传统的散射波成像主要目的是设法在反向传播过程中压制反射波，可通过式(1)表示：

(1)

式中：x为地下成像点；I(x)为在x点成的像；w(s，r，x)为压制反射能量的加权函数；D(t，s，r)为要偏移的地震数据；t为记录时间，s；s为震源；r为检波点；δ为脉冲响应；τ=τs+τr，为某一震源、某一检波点与地下成像点相关联的总旅行时间，s；τs和τr分别为震源至成像点、检波点至成像点的旅行时间，s。

1.2 散射波成像技术流程

(1) 在偏移前的数据域(通常是在CDP道集上)，利用局部区域内反射波的横向一致性，对反射波能量进行预测和压制。理想情况下，可以得到仅包含散射波信息的道集，但通常情况下，由于反射波能量非常强，且受预测精度的影响，仍存在一定的反射波能量，需要在接下来的过程中进行进一步压制。

(2) 在上一步得到的道集基础上，通过式(1)进行散射波成像，得到叠前偏移道集。在偏移成像过程中，利用式(2)的加权函数w(s，r，x)对反射波信息进行进一步压制。

(2)

ps(x)=▽xτs

(3)

pr(x)=▽xτr

(4)

(3) 在成像域的倾角道集上进行散射波分离。在倾角道集上，由于散射能量表现为拟线性，而反射能量表现为非线性，可以利用这种差异性，对残余反射能量进行压制，最后得到仅包含散射信息的倾角道集。

为了得到倾角道集，需要先对原始地震数据进行传统的反射波成像：

(5)

(6)

利用估算的倾角值，可以将第2步得到的叠前偏移道集转换为共倾角道集。在获得的共倾角道集上，对残余反射波能量进一步去除。针对某一CDP位置，利用邻近CDP道集预测估算其反射能量，将预测出的反射能量从原道集中减去，则结果中剩余的信息被认为主要是散射能量的贡献。

由于该流程包含了对反射能量的双重压制，与业界现有的算法相比，能够呈现更高质量的散射波成像效果。

1.3 常规反射波成像技术与新技术对比

由常规反射波成像技术合成数据对比效果可发现，反射能量远强于散射能量(图1)。由图1可知，当裂缝存在时，反射与散射能量比约为100∶1(几套横向连续的、能量较强的同相轴为反射能量，蓝色框内较弱的部分为裂缝的散射能量，图中亮处均为裂缝的反射能量)，常规反射波对裂缝的成像结果并不理想。

图1 常规反射波裂缝成像的结果

利用文中的散射波成像技术后，裂缝的成像效果明显改善(图2)。尽管残余反射能量依然可见，但振幅明显降低，反射与散射能量比约为1∶1(横向连续的同相轴为反射能量，蓝色框内为裂缝的散射能量)。

2 散射波成像技术在曙光潜山的应用

曙光潜山位于辽河西部凹陷中北段，东部紧邻陈家洼陷和盘山洼陷，南部紧邻清水洼陷，油源丰富。潜山地层的岩性、内幕结构和接触关系十分复杂，内幕地层纵向上由太古界、元古界和古生界构成，具有多元多层结构特征，具备内幕成藏基本条件。岩层的孔隙、裂缝发育，提供了良好的储集空间，且潜山圈闭呈带状分布，可形成有利的含油气构造，勘探潜力大。因此，内幕结构的认识对油气勘探具有重要意义。

然而，由于曙光潜山内部复杂的地质地震条件，导致地震波场复杂多样，传统的反射波成像效果不理想，只能对较强的反射能量成像，不能对内部微小裂缝的散射能量成像，无法满足潜山内幕地层及裂缝刻画的需要。文中以曙光地区的实际数据为例，研究和应用了散射波成像技术，取得了较好的效果。

为了获取更好的散射波成像效果，需要对原始数据进行一系列的预处理，如静校正、多次波压制、噪音衰减、振幅均衡、插值、初至切除、速度更新等。

图2 散射波裂缝成像结果(裂缝区的局部放大)

偏移前，在数据域对地震数据进行反射能量去除，从去除前后的一条纵线叠加剖面可见，大多数反射能量得到有效压制(图3)。随后从成像道集上对散射波成像的效果做进一步的分析(图4)。将图3中去除了反射能量的地震数据做为输入，进行加权叠前深度偏移成像，并进行倾角转换，生成图4a共倾角道集。由图4a中共倾角道集上可见，仍存在残余反射能量，表明在数据域和偏移过程中无法完全去除反射能量；在此共倾角道集上，再利用文中研究方法，在成像域进一步去除残余反射，形成图4b的结果。由图4b可见，反射能量得到了有效的去除。

图3 去除反射能量前后的叠加剖面

图4 共倾角道集

将图4b最终的共倾角道集进行叠加，可以得到散射波成像的最终成果，为了更好地展示成像效果，将散射波成像剖面与常规的克希霍夫叠前深度偏移剖面叠合显示(图5)。

图5中彩色部分为散射波能量成像结果，背景为克希霍夫叠前深度偏移成果剖面。由图5可以看出，散射点广泛分布于断层交叉点、构造转换处以及潜山内部。

图5 散射波成像与常规的叠前深度偏移叠合剖面

相关地质研究表明，自古生代以来，曙光潜山在多期次构造运动的改造下，内幕断裂十分发育，储层裂缝发育程度高。散射波成像结果与潜山内幕复杂裂缝系统吻合较好，为更好地研究潜山内幕油气藏提供了有利的依据。根据成像结果，结合综合地质研究，重新落实了曙光潜山的内幕结构特征，落实内幕有利圈闭面积为35 km2，预测资源量达7 000×104t。

3 结论及建议

(1) 辽河油田曙光潜山带地震资料散射波成像技术研究实践证明，在该地区散射波成像技术可行，其对小尺度地质构造成像有效。

(2) 散射波成像技术具有较好的应用潜力，可应用于潜山内部更深区域探测。在数据域和成像域对反射能量进行2次压制，再结合散射波成像算法，既使反射能量比散射能量强数百倍，仍可以获得高质量的散射波成像结果。

(3) 为了保证该技术的应用效果，要求地层速度准确，且在散射波成像前各类噪音和分散的相干能量必须去除，即地震资料的预处理对技术应用的成功至关重要。