宽频地震处理在中深层成像中的应用

赵 明，关伟龙，史文英

(中海油服物探事业部 特普公司，广东 湛江 524057)

1 引 言

近年来，随着深水勘探开发的不断深入，深水油气田的重大发现促使其成为全球勘探的热点[1]。受到崎岖海底高陡倾角或浅层异常地质体，譬如水道发育、重力塌陷、含气水合物等的影响，常规地震中深层反射信号弱，信噪比低。基于此建立的成像速度模型精度也不高，中深层成像无法更准确地还原地下真实构造形态，制约了后续潜力圈闭的落实和评价。宽频处理技术的发展从根本上挖潜了更多的地震信息，不仅可以具有较高的数据分辨能力，同时拓宽了数据频带[2]，反演结果也更稳定。目前主要通过采集和处理两个途径获得宽频数据，采集主要有斜缆采集[3]和上下缆采集[4，5]，同时结合针对技术镜像偏移和联合反褶积等获得宽频数据。处理上主要通过对常规拖缆采集数据鬼波压制及振幅和相位补偿获得宽频数据。从经济成本和适用性上来说，后者具有更广泛的推广意义。文章针对中深层成像问题采用宽频速度建模，在拓宽地震频带的基础上建立更精细的速度模型，改善中深层成像。

2 原理和方法

2.1 宽频数据获得

地震速度的精确程度往往依赖于地震本身低频信号的丰富程度。海上常规采集，受采集方式和海平面强阻抗界面的影响，鬼波的产生是不可避免的。其中源鬼波是由于震源激发信号向上传播通过海面反射再被检波器接收的信号，缆鬼波是反射信号向上传播通过海面反射再被检波器接收的信号。受到枪缆鬼波陷波效应的影响，地震接收信号频带变窄。因此常规海上拖缆采集(图1、图2)，往往缺失低频。为了获得丰富的低频信号，处理中首先对地震数据进行鬼波压制获得宽频数据。

图1 鬼波陷波影响地震子波频带Fig.1 Seismic wavelet frequency band affected by ghost notch wave

由于脉冲信号和鬼波信号接收时间相差非常小，因此在t-x域难以分离，而在τ-p域脉冲与鬼波之间速度和时间的差异更大些，二者更容易分离[6](图3)。

图2 原始炮集记录分别在t-x和τ-p域Fig.2 Original shot set record in t-x and τ-p domain

图3 模拟单炮τ-p域鬼波压制Fig.3 Ghost wave suppression of simulated shot in τ-p domain

有效波和鬼波的传播路径不同，根据两者被检波器接收的不同时间几何关系,在时间域有，

(1)

(2)

其中，h为水深,单位为m；d为检波器沉放深度,单位为m；off偏移距离,单位为m；Vw为水速,单位为m/s；t1为有效波传播时间,单位为s；t2为鬼波传播时间,单位为s；有效波和鬼波之间的时间延迟Δt为：

Δt=t2-t1

(3)

于是在τ-p域有

(4)

(5)

其中，θ为入射角,单位为rad；v为该点的视速度,单位为m/s；鬼波和有效波的时差则为

(6)

(7)

(8)

(9)

从模拟单炮采用τ-p域鬼波压制，有效地衰减了震源和电缆鬼波。

τ-p变换鬼波压制更具优势，主要体现在[7]：

1)从公式(3)可以看到，这种方法对压制由于入射角差异而引起的鬼波时差复杂性，采用同一p值单一的算子即可压制且效率高；

2)通过局部τ-p变换避免了噪音的产生。

鬼波压制后，从图4可以看到鬼波压制后相位单一，高低频更丰富。频带宽，分辨率提高。由于鬼波的衰减(图5)，鬼波的干涉作用变弱，速度能量更聚焦，分辨率提高。在此基础上更有利于精细速度模型的建立。

图4 原始单炮及频谱与宽频处理后单炮与频谱对比Fig.4 Comparison of single shot image and spectrum between original and broadband processing shot spectrum

图5 常规道集与宽频道集速度谱对比Fig.5 Comparison of velocity spectrum between conventional gather and wide-band gather

2.2 宽频速度建模

叠前深度偏移(Pre-stack Depth Migration,PSDM)成像的核心为速度建模，高信噪比道集是前提，速度规律是关键，速度建模和更新方法则是速度场准确与稳定的保障。速度场建模主要采用地质约束下全局寻优的高分辨网格层析成像速度反演技术[8]

Ax=b

(10)

其中，A为射线矩阵；b为剩余时差；x为慢度校正量；一般采用共轭梯度迭代方法求解

(11)

其中,L代表关于数据质量的预条件算子，R为加速收敛算子；D代表正则化算子(1、常规基于差分的正则化算子；2、基于地层构造特征的正则化算子)，λ代表正则化算子权重。有如下技术特点：

1)全局自动剩余时差拾取，充分利用所采集的地震资料，通过反演的方法，完成全局面元自动拾取的优化。具有较强的抗噪音干扰能力，在保证全局最优的情况下，实现高分辨率自动剩余时差拾取。

2)地质构造形态约束，利用地质构造特点进行自动约束反演，所产生的速度分布合理、准确，速度变化与地质构造形态变化一致，反演更稳定，降低反演结果的多解性。

3)高分辨率层析反演，基于高密度、高分辨率的剩余时差上的层析反演得到高分辨率的速度，从而满足高精度地震成像要求。

在宽频数据的基础上进行深度偏移速度模型的建立[9,10]，主要步骤为(图6)：建立水速模型、根据测井、地质规律建立初始模型，为了得到准确及合理的速度场，通过中长尺度网格层析建立稳定，最优化背景速度，待速度稳定合理后，引入宽频数据更丰富的低频信号，小网格层析成像，获得更高分辨率速度[11]。

图6 宽频数据深度成像速度建模流程Fig.6 The flow of depth imaging velocity modeling on broadband seismic data

3 应用实例分析

海外某深水区块海底崎岖变化，浅层气发育对下覆地层成像影响严重。下伏地层有效反射较弱，下伏地层构造成像不清楚。在此基础上进行宽频处理(图 7和图8)，宽频处理后可以看到低频信号丰富，分辨率提高。

图7 常规处理及宽频处理后叠加对比Fig.7 Comparison of imaging between conventional processing and broad-band processing

图8 常规处理及宽频处理后叠加频谱对比Fig.8 Comparison of stack spectrum between conventional processing and broad-band processing

基于宽频数据共进行了七次速度迭代，先进行四次中长尺度的速度层析更新，利用宽频处理信号的丰富低频，进行三次高精度网格层析。网格层析的中长尺度网格为1 km×1 km和0.5 km×0.5 km。高精度网格层析的最小网格更新精度为100 m×100 m×50 m。对比常规数据速度建模和宽频数据速度模型建模可以看出(图9)，宽频建模得到的速度场更精细，不仅准确地反应出大套地层速度变化，同时浅层低速异常、含流体浊积朵体，疑似气水化合物等低速异常速度刻画更精细。通过成像对比(图10)可以看到，河道边界更清晰；通过对比(图11)可以看到，中深层地质现象更明确，浅层低速异常引起的深层信号模糊区得到改善，后续解释工作开展更有利。

图9 基于常规数据和宽频数据建立速度模型对比Fig.9 Comparison of velocity models based on conventionaland broad band

图10 基于常规数据和宽频数据成像对比Fig.10 Imaging comparison based on conventional data and broadband data

图11 基于常规数据和宽频数据成像对比Fig.11 Imaging comparison based on conventional data and broadband data

4 结 论

针对目标区块面临问题采用宽频地震速度建模思路，通过宽频处理拓宽地震数据频带，在此基础上进行深度偏移高精度速度建模，提高速度精度及成像质量，通过实际应用结果，可归纳以下结论：

1)通过宽频处理的数据，其频带更宽，低频更丰富，同时速度的分辨率提高，有利于速度反演精度的提高；

2)在宽频数据的基础上采用地质约束全局寻优的高分辨网格层析反演得到了更精细的速度，刻画出浅层浊积朵体低速异常，减弱了其对中深层构造成像的影响。中深层河道等地质特征更清晰，接触关系更明显，有利于地震解释。