炮检分离浮动基准面处理方法在复杂山地地震成像中的应用

潘龙　马俊彦　秦宏国　阿里甫江·热合木吐力　韩晓丽　陈铭培

摘  要：准噶尔盆地南缘山地地表起伏剧烈、地下构造复杂且速度场纵横向变化大，地震数据原始单炮一致性差、信噪比低，这对山前带起伏地表地震成像造成了巨大挑战。为完善复杂条件下低信噪比山地资料的起伏地表处理技术，以提高山地资料地震成像精度，本文提出了保持炮检点一致性的浮动基准面处理方法。通过配套的时间域处理和深度域速度建模技术，实现了炮检点分离的浮动地表处理思路。基于南缘四棵树工区连片深度偏移生产中的实际应用，证明了该处理思路能够有效提高复杂构造成像质量，同时大大缩短处理项目周期，现已成为双复杂地区地震成像的主力技术手段，可以广泛推广到其它地区山前带起伏地表地震成像中。

关键词：准噶尔盆地南缘;速度模型;炮检点分离;叠前深度偏移

当前，我国在山前带地震成像研究方面处于国际领先地位，得益于山前带盆地边缘是我国重要的油气勘探领域，而落实构造成像是前陆冲断带油气勘探面临的首要问题[1]，目前，国内在这方面有非常丰富的研究实例。山前带资料处理的技术焦点是解决地表起伏和浅表低速风化层对地震成像的影响，其最典型的为静校正技术，用静校正方法将浅表问题简化。

2010年前，生产中起伏地表处理基本是将静校正量平滑量作为浮动基准面，通过反射波剩余静校正，浮动面时间偏移的流程进行地震成像。而随着对山前带成像研究的深入，程玖兵、马在田等证明时间域静校正为主的方法带来成像误差远大于深度域起伏地表的偏移成像误差[2]。为适应浮动地表偏移成像的需要，对于传统CMP一致性的浮动地表静校正方法需要做出改变，王华忠、徐凌、范旭等都做出了探索并提出处理流程[3-6]。西方奇科的解决方案是深度偏移数据准备要反掉所有的校正量（包括剩余静校正量），重新求取地表平滑的浮动基准面进行深度域建模和偏移[7]。反掉静校正量后，地震数据道间时差造成数据一致性差，直接偏移成像质量并不好，为此胡英、王春明等发展了求取小平滑面，再求取匹配校正量的方法提高数据和速度模型的匹配度[8]。成像技术也由时间域转到深度域，小平滑浮动基准面和从浅到深的整体速度建模技术日益完善，强调的是少使用校正量，用浅层速度建模和真地表或小平滑面近似真地表的深度偏移成像来解决浅表问题。但山前带地区浅表层条件复杂，数据受高程和复杂风化层影响，道间不同相且信噪比低。实践证明，山前带静校正和剩余静校正是提高数据一致性成像质量的重要手段。传统小平滑面浮动地表偏移并不能很好地利用时间域处理道集，加之浅层建模难度大，实际应用效果并不好。而生产中需要时间域保持炮检点地表一致性使之适合深度偏移建模，又能够应用静校正和反射波剩余静校正技术的方法，达到时间域和深度域处理的数据统一。本文将就此问题的形成原因进行分析，探讨其解决方法，并通过实际研究实例证明该解决方法的有效性。

1  炮检分离浮动基准面处理方法

1.1  传统起伏地表静校正处理方法

起伏地表处理的核心是浮动基准面选择和静校正的应用方式，传统起伏地表静校正应用是采用CMP一致性原则。

图1-a为西方奇科处理系统浮动地表处理原理图。图中是一CMP点的静校正应用示例，该CMP点的浮动面低频量CMP_DATUM定义如公式（1）所示，1-N代表此CMP内有N个地震道，其中S为炮点校正量，R为检波点校正量。浮动面可以理解为所在CMP点的所有炮点和检波点的静校正量的平均值，是一个缓慢变化的低频量;认为CMP内的所有地震道的观测都在此CMP所在的平面上，其炮检点应用静校正剩余量为公式（2）所示，校正量是所在CMP面的浮动面的一半减去炮检点本身校正量，随CMP位置改变。

静校正应用后，使每个CMP点道集的反射时距关系近似双曲线，据此动校正后叠加质量大幅提高，同时通过后续速度分析和剩余静校正提高地震数据的叠加质量。

起伏地表深度偏移需计算炮点位置到检波点位置的传播走时，对数据要求每个炮检点位置所应用的静校正量要保持一致。因此，应用过CMP一致性的静校正后的数据，不能作为浮动地表深度偏移处理的输入数据，主要原因：①浮动基准面是来自于校正量的平滑，而不是地表平滑，把它作为炮检点处理基准面，基准面的物理意义不明确，不能匹配实际速度模型。同时在高程变化大的地区大平滑带来的误差较大[2];②数据上炮检点应用校正量是非地表一致性的，对于每个炮检点其应用的校正量是随其所在CMP位置改变的，这与实际不符。传统浮动基准面处理强调的是通过时间域静校正和剩余静校正方法提高道集的一致性，提高道集叠加质量。对比传统浮动地表处理，小平滑面深度建模处理强调的是保持炮检点位置，选取小平滑处理面和高频校正量，通过浅地表速度的精确求取解决道间时差问题，从而更有利于建立合理的深度域模型。

1.2  炮检分离浮动基准面实现的思路

炮检点分离的浮动基准面处理方案以深度偏移处理数据相匹配为原则，浮动基准面选择地表高程平滑面（图1-b）。此时浮动基准面在时间域是高程校正量的平滑量2倍（双程旅行时），在深度域就是起伏地表偏移的起始面。

静校正處理采用炮检点一致性的方式，炮检点校正量的应用部分就是炮检点校正量与高程校正量的差值，如公式（3）所示。SHOT_DATUM和REC_DATUM分别是炮、检波点位置的浮动基准面的值，此时炮点、检波点和CMP点所在基准面是一致的，只是位置不同，静校正应用后数据保持在浮动基准面位置。

炮检点一致性静校正应用后保证了深度域和时间域的数据统一，可以应用到深度偏移，同时带来一个问题：每一个CMP道集的炮、检点由于其来源于不同位置，每一道包含了地表起伏引起的剩余时差，按照常规的CMP点速度进行双曲线动校正后，道集同相性差，最终叠加质量不好。为解决这个问题，引入了双平方根（Double Square Root）动校正方法，双平方根动校正量计算见公式（4）。式中分两部分分别计算炮点和检波点的动校正量，校正后统一到CMP浮动基准面上来。

图2-a为不考虑炮检点位置，用CMP所在点的速度进行常规动校正后的道集，其中保留了炮检点位置相关的剩余时差（图上红色曲线所示）;图2-b为考虑炮检点位置（a，b）使用双平方动校正后的道集，校正了炮检点位置时差后道集同相性变好，这一实验证明了双平方根动校正的有效性。

1.3   炮检分离浮动基准面配套处理技术

炮检分离浮动基准面静校正应用，实现了将炮点、检波点和CMP点统一在地表平滑面上，也就是地震数据的处理面，后续的配套处理技术都是在此基础上进行的。时间域配套处理技术主要包括浮动面叠前噪音衰减技术、浮动面的双平方根动校正技术、浮动面地表一致性剩余静校正技术等。深度域处理输入时间域统一的道集，配套建模技术包括浅层回转波层析反演建模、构造约束的全局网格层析反演、浅中层速度模型融合及迭代技术等[9-11]。

2  应用实例及效果分析

2.1  工区概况和处理难点分析

研究工区地处准噶尔盆地南缘，位于天山北麓的四棵树地区。该区块地表条件复杂，工区地势南高北低，南侧山地起伏剧烈，海拔从780～2 000 m，最大山体落差达850 m，地表速度横向变化剧烈，静校正问题严重，是典型的山前带起伏地表勘探问题。

复杂的地表环境使得地震采集难度加大，造成地震资料存在剧烈的道间时差，同时单炮记录被多次波、面波、多次谐波干扰及环境噪音严重污染，资料整体信噪比较低，在单炮记录上几乎看不到有效反射信息。除复杂地表带来的处理难度之外，地下逆冲推覆构造使地震波场变得复杂，且速度横向变化强烈，造成地震成像的多解性和不确定性[12]。四棵树工区是典型的“地表复杂、地下复杂”双复杂地区，前期深度域成像的质量并不理想，2019年新疆油田在此地区部署了高覆盖三维地震采集，下面就以此项目为研究实例，重点介绍炮检分离浮动基准面处理深度域速度建模技术及其应用效果。

2.2  炮检分离浮动基准面深度域建模

炮检分离浮动基准面处理的地震数据成像面是地表平滑面，深度域速度建模采用基于浮动地表的整体速度建模流程，坚持科学、有效和数据驱动原则，最大程度利用地震数据和地震地质认识作为约束从浅至深建立合理的速度模型。①浅层低速带的速度建模采用初至回转波层析反演建模方法。该方法基于程函方程的近似，表述了声波在已知速度模型中走时与传播距离的关系。层析反演后的速度模型不仅很好地刻画近地表的低降速带速度分层，还引入了更多的速度细节，将工区内的横向速度变化雕刻得更加清晰，得到相对精准的近地表深度域速度模型。②初至波反演的缺点是速度更新的覆盖范围较浅，穿透深度多在500～800 m。一般来讲速度穿透范围内的速度是可信的，应该充分利用。如何利用好浅层精确的初至反演速度，做好浅层和中深层速度的模型融合，是浮动地表速度建模的关键一步。中深层速度可利用叠前时间偏移的速度场并转换为深度域层速度得来，速度融合的界面选择参考回转波射线密度可信穿透深度，在射线密度体上拾取融合层位。图3为浅层和中深层速度的模型融合前后的速度和偏移剖面对比。如红色箭头所示可见速度融合后浅地表横向速度变化明显，对应成像剖面浅层地质体刻画得清晰可见，充分证明炮检分离浮动基准面处理深度域浅层速度建模精度高。③在浅地表速度模型较精确的前提下，利用全局反射波网格层析反演，以数据为驱动更新中深层速度模型。现阶段层析反演中通过自动拾取地层走向，加入地质信息约束，有效减少了网格层析叠前深度偏移次数，提高了深度偏移速度建模的精度和效率[13-15]。

2.3  炮检分离浮动基准面处理成像效果分析

图4为南缘四棵树地区时间域常规起伏地表处理方案和炮检分离起伏地表处理方案叠前时间偏移剖面对比。由图4-b可见，炮检分离浮动基准面处理的山前带资料成像质量明显提高，特别是在箭头所在地表高程变化剧烈的区域，从浅至深成像质量改善显著，证明了此技术时间域处理的有效性。

如图中圆圈和箭头所示，本文所述的炮检分离方法有效刻画了之前基本不成像的山前带区域的构造模式，成像质量有明显提高（图5）。

通过在新疆南缘四棵树地区实际生产中的应用，炮检分离起伏地表处理叠前偏移成像结果无论在信噪比、地层接触关系及构造细节上均得到了明显改善，更好地描述出断层的特征与展布，并能雕刻出推覆体中的弱反射，尤其表现在逆掩推覆构造带成像，使得最新的地震剖面更能助力工区构造模式建立及背斜圈闭特征与高点位置的落实。

2.4  炮检分离浮动基准面处理技术的生产实用性

随着地震采集走向宽方位、高密度，地震数据逐渐走向海量，地震资料处理的工作量也随之增加，处理周期增长，严重制约了勘探生产中对短工期的需求。传统浮动地表处理由于不能很好得解决时间域处理和深度域处理数据一致性问题，深度域处理前往往要回头反掉校正量重新求取处理基准面并重新准备深偏输入数据，大幅增加了项目周期。炮检分离浮动基准面处理流程克服了传统起伏地表处理的缺点，从处理工序的第一个环节精校正开始进行炮检点分离，整个处理流程无需返工，大大缩短了资料处理周期，是一种快捷方便有效的實用性技术。新疆准噶尔盆地南缘四棵树连片深度偏移实际生产中，原始数据达到35 T，此方法的应用将项目周期大幅提前3个月，证明了在生产中高效的适用性。

3  结论

在起伏山地原始单炮信噪比较低且地下构造复杂、速度场纵横向速度变化剧烈的资料背景下，本文分析了现阶段山前带起伏地表处理面临的难点，并从浮动基准面静校正量应用角度提出了保持炮检点一致性的浮动地表处理方法。该方法在时间域既能保持炮检点地表一致性使之适合深度偏移建模，又能够应用静校正和反射波剩余静校正技术，从而提高资料信噪比，达到时间域和深度域处理的数据统一。该方法在深度域速度建模通过浅层回转波速度反演、浅中层速度模型融合及全局网格层析速度反演等技术应用，既能建立符合波场传播特征的全深度速度模型，又能够成功解决山前带复杂地表、复杂构造的双复杂条件下的深偏建模问题。

通过在新疆准噶尔盆地南缘四棵树连片深度偏移实际生产中的应用，证明炮检分离浮动基准面解决方案能够有效提高构造成像质量，同时大大缩短复杂构造的地震建模和成像项目工期，有助于优化井位部署并缩短勘探周期。该方法是现阶段起伏地表处理的有效方法，相信会成为未来生产中的主力技术并推广到其它地区山前带起伏地表成像研究中。

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Abstract：The mountainous surface in the southern margin of Xinjiang Junggar Basin is characterized by intense undulation， complex underground structure， large vertical and horizontal variation of velocity field， poor consistency and low signal-to-noise ratio of raw seismic data， which poses a great challenge to seismic imaging of undulated terrain in the piedmont belt.To perfect mountain complex conditions and low SNR data of irregular surface processing technology， thus improve the mountain seismic data imaging accuracy， this paper proposes a floating datum processing method which keeps shot and receiver consistency， through the supporting time domain processing and depth domain velocity modeling technology， implements the floating surface processing idea of shot and receiver separation.Based on the Sikeshu contiguous working area in the southern margin depth migration in the production of practical application， proved that the treatment can effectively improve the quality of complex structure imaging， at the same time， shorten project cycle， has now become a double complex areas the main seismic imaging technology， can be widely applied to other areas in the piedmont zone irregular surface seismic imaging.

Key words： Southern margin of Junggar basin; Velocity modeling; Shotand receiver separation; Prestack depth migration