叠前连片地震资料处理技术研究——以古中央隆起带应用为例

李 娜

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712）

1 概述

为了查清古中央隆起带在横向上构造的分布型态，本次研究将六块“邮票式”采集的地震工区拼接起来进行连片处理，而该构造主体部分位于六个区块拼接的区域，因此连片处理做到无缝拼接才能实现地下构造的准确成像。

该地区三维地震资料满覆盖面积928.61km2，施工年度跨越10年，施工队伍，采集目标以及观测系统都存在差异，原始资料采集过程中有如下特点：①六个工区采集目标分为中浅层和深层两种；②采集的面元不同：分别有10m×20m，20m×20m、25m×25m、25m×50m四种；③观测系统方向不同：有正交和45°斜交两种；④覆盖次数差异较大：D 工区覆盖次数最低为40次覆盖，F 工区覆盖次数最高为448次覆盖（图1）。

图1 连片工区覆盖次数图

因此，在此次连片处理中存在时差、子波和能量一致性的问题，具体分析如下：

（1）六块工区地震资料采集时年度跨度较大，从1997年采集的D工区480道接收地震资料到2016年采集的F工区12544道接收地震资料，并且由于工区间重叠面积较大，且采集面元不同，相邻区块检波线位置不重叠，存在偏移量，导致连片地震记录出现时差，和由于覆盖次数不均引起的横向能量、振幅不一致的问题。

（2）由于施工队伍、采集仪器，以及施工方法和地质条件的不同，导致采集到的地震资料品质相差较大。连片工区跨越面积大，近地表条件复杂，高程变化大，呈现东南高、西北低的特点，炮点高程在132.7~195.3m 之间，检波点高程在131~203m 之间，高程较高部分主要集中于连片工区东南部，即E 和F 工区的东南部。

（3）由于受到施工条件和近地表条件影响，各区块资料品质以及频率差别较大。A、C和D工区资料信噪比较高，但是偏移距较小；E工区针对深层目的层采集，信噪比较高，资料偏移距大；B 和F 工区采集采用单点接收，覆盖次数高，但是资料信噪比较低。B 和F 工区有效信号频带范围在6~25Hz 之间，低频信号较为突出，频带范围窄，A、C、D 和E 工区有效信号频率在8~50Hz范围内，频带相对较宽。

综上所述，连片工区在网格和方位角统一，时差校正，能量调整，以及子波一致性处理等方面存在较大的困难。在本文中，提出以下几项关键技术：①采用区块间时差校正,消除区块间由于采集因素不同而造成的固有时差，连片统一微测井约束初至波层析反演静校正，实现连片构造无畸变；②单炮初至能量补偿，调整由于震源能量不同而造成单炮能量差异，采用连片地表一致性振幅补偿，全区能量统一计算及分解，消除由于地表因素造成单炮及接受点间能量差异，采用基于覆盖次数能量补偿，消除连片工区由于覆盖次数差异较大引起叠加能量差异及偏移划弧现象。通过以上三步能量调整，解决了连片工区整体能量一致性问题。③采用子波整形技术，有效地消除不同工区采集条件以及震源类型的差异所造成的区块间波形存在较大不一致，解决了连片资料波形及频率的问题；④应用kichihoff弯曲射线叠前时间偏移技术，实现复杂地质条件下地震资料的偏移归位，使剖面层间构造刻画更加清晰，反射特征更加真实可靠。

2 关键处理技术

为了实现连片工区无缝拼接的处理，得到高信噪比、高分辨率的地震资料，来满足解释和地质人员针对目标储层的精细刻画，本次处理在时差调整和全区统一连片静校正，能量一致性处理，相位和子波一致性处理，数据规则化技术以及叠前时间偏移技术方面，进行了精细的试验和分析。

2.1 连片静校正及时差调整技术

由于本次处理包含六个区块，近地表情况复杂，高程变化较大，而且不同区块间存在采集仪器引起的时差问题，因此静校正和时差问题是本次处理的难点之一。

2.1.1 微测井约束初至波层析反演静校正

静校正处理是地震资料成像的关键环节，静校正的准确与否是同相轴叠加成像精度的关键，直接影响叠加剖面的垂向分辨率和资料信噪比。此次连片处理的六个工区经过区域面积大，由于受到近地表表层介质和结构差异的影响，如果不考虑低降速带的横向变化，很容易造成地下构造的扭曲，影响处理精度，因此，采用微测井约束初至波层析反演静校正技术来有效解决静校正问题[1]。

层析静校正利用了地震记录的初至信息，按回折波射线理论反演近地表模型，进而获得准确的静校正量。经层析静校正处理后，基本上可以消除记录上静校正的影响，剖面上反射构造真实可靠。然而常规的初至波层析反演近地表速度模型浅层低速信息并不丰富。应用微测井约束初至波层析反演静校正技术，应用微测井约束的层析反演近地表速度模型，具有更加丰富的浅层低速信息，使得速度模型精度更高，符合真实的地质构造趋势，为后续地震数据处理提供精确的基础数据[2]。

微测井约束层析反演近地表模型与反射波速度模型融合流程如下：选择大于静校正计算的偏移距范围对近地表模型进行反演，参考射线密度，反演的速度模型更深，深层精度更高。修改高速层顶界面，输出全部反演速度模型，并将地表高程线和速度模型采取相同平滑参数把速度模型做平滑，以射线密度作为参考，截取可靠的速度模型，与建立的反射波模型相融合，从而得到小平滑面模型，将CMP道集从浮动基准面，放置到小平滑面上，完成数据与速度模型的匹配。匹配后速度模型更加接近地下真实构造情况，计算的静校正量值更加真实，从而完成地震数据的静校正处理。

2.1.2 时差调整

采用各工区拼接重叠位置时差分析和调整的技术[3]，解决接收情况不同引起的闭合时差问题，在时差调整之前，拼接位置的同相轴发生错断，经过时差调整后，区块间同相轴变得连续，相位和振幅趋于一致。因此，在处理连片资料时，需要进行时差调整，在统一基准面的前提下，用来消除由于采集年度和激发接收条件不同引起的闭合差问题，进一步提高资料品质。

2.2 能量一致性处理技术

在处理连片工区资料时，由于受到近地表情况变化、激发和接收因素的不同以及采集设计差异的综合影响，导致工区内和工区间的能量都存在差异。首先，应用球面扩散补偿技术，解决工区内由于球面扩散导致的浅中、深层纵向能量不均的问题，依据区域速度变化规律，选择合理的球面扩散补偿参数。而后，应用地表一致性振幅补偿技术，消除地表条件空间变化引起的一个排列内的能量和振幅差异，使各区块能量级别达到一致。由于近地表激发和接收条件存在不同，会造成道之间、炮之间的能量差异，因此，在补偿时，按照炮点、检波点、CDP和偏移距四个分量来计算[4]。

地表一致性振幅补偿分为振幅统计、分解和补偿应用三步，具体原理表述如下：

（1）选定需要统计的时窗，对视窗内每个样点的均方根振幅值和平均振幅值进行统计：

（2）依据褶积原理与地表一致性的假设前提，激发点i，接收点j，用公式表示地震道的振幅因子如下：

式中：Aij——第i炮激发，第j点接收计算的均方根振幅或平均振幅值；

Si——与激发点i有关的振幅分量；

Rj——与接收点j有关的振幅分量；

Gk——CDP的位置k有关的振幅分量；

Mh——与偏移距有关的振幅分量。

对上式取对数，得到：

假设A′ij为振幅因子的观测值，它是通过求记录的道平衡因子的倒数得到的。令：

为使上式的值达到最小，分别求取S、R、G和M的偏导数，并令：

然后应用高斯—赛德尔迭代法分解出影响振幅的激发点、接收点、CDP 点和炮检距四个振幅因子分量，再将其代入公式（2）得到振幅因子Aij。校正比项是Aij与A′ij之比。

（3）应用激发点项、接收点项和校正比项，对数据道振幅进行校正，从而完成地表一致性振幅补偿处理。

由于连片工区的覆盖次数在横向上存在很大差异，因此导致了地表一致性振幅补偿处理后，区块间能量不均衡的问题并不能完全得到解决，在此基础上，笔者提出了基于覆盖次数的补偿技术，应用全区数据的非加权叠加体统计均方根振幅能量，求取振幅加权系数，应用于叠前CMP道集上，从而削弱或消除覆盖次数不同引起的振幅能量横向差异[5]。

经过地表一致性振幅补偿后，纵向和横向的能量基本趋于一致，经过基于覆盖次数能量调整后，区块间能量更加均匀，拼接处和边界处保持其能量调整前叠加剖面的相对振幅值，能够有效避免由于振幅能量不均造成的构造假象。

2.3 连片子波整形技术

针对连片工区数据在子波、振幅、相位和频率方面存在的差异，需要在反褶积之前进行子波整形处理。子波整形是连片工区处理的关键技术，选取资料品质好的区块为目标区，求取统一期望输出的地震子波，根据反射系数一致性原理，保证好的资料品质不损失，逐步将其他区块多样化的地震子波与期望输出的地震子波统一，以消除受不同因素影响带来的子波不一致问题[6]。

为了使整形算子能够更加稳定，而且成像质量更高，需要从高信噪比资料以及目的层时窗内提取整形算子，原理如下：

设计Xi(t)是需要整形的B 工区叠加剖面地震道，Zi(t)为目标工区A 叠加剖面的地震道，设计整形算子mi(t)应用于地震道Xi(t)，使得Xi(t)与地震道Zi(t)接近。假设实际与期望输出的误差为ei(t)，则有：

如果E表示总误差能量，则：

依据最小二乘法原理，总误差能量对整形算子mi(t)的偏导数等于零，可以得到托普里兹矩阵方程来求解整形算子：

求解方程就可以得到需要整形的地震道Xi(t)的整形算子mi(t)。应用时将mi(t)于地震道Xi(t)进行褶积运算，完成子波整形处理。

子波整形处理的基本流程是：将不同工区选取CMP 完全重合的数据分别叠加，从目标工区有效频带范围内提取子波，与期望输出的理论子波进行相关运算，得到整形算子，然后把这个算子应用到叠前地震资料中进行子波整形处理[7]。

2.4 基于偏移距体的数据规则化技术

由于本次连片处理的六块工区有10m×20m、20m×20m、25×25m、25m×50m 四种面元，观测系统方向也存在差异，因此，当沿正交方向建立20m×20m处理网格进行处理时，会出现偏移距分布不均匀，甚至出现空道的问题。为弥补采集因素导致的数据缺陷，提高剖面成像质量，使炮检距均匀分布，采用数据规则化技术是极其必要的。采用基于偏移距域体的插值及数据规则化技术，其优点是：①规则化解决了空面元及高覆盖次数冗余道问题；②每个偏移距体内数据经过动校正后叠加，然后进行数据插值及规则化，保证地震资料信噪比；③此方法能够解决大数据量插值及规则化时对节点内存的要求，可以全工区同时进行。

此技术的实现过程是，输入不规则的叠前偏移距体数据，通过傅里叶分解和傅里叶重构的方法，采用sinc函数进行插值，公式为：

将不规则的数据，沿着两个方向转换成规则的数据，再通过傅里叶反变换输出。该技术在一定程度上能够改善由于采集因素导致的观测系统变观严重，对叠前偏移数据能量、波形进行了补偿[8]。

如图2 所示，经过数据规则化处理后，覆盖次数明显均匀，空白面元现象消失。图3为数据规则化前后叠加剖面，填补了由于炮检距变化造成的浅层缺口以及方位角和面元变化造成的空道现象，同相轴连续性增强，剖面叠加效果得到明显改善。

图2 数据规则化前后覆盖次数分布图

图3 数据规则化前后叠加剖面图

2.5 基于弯曲射线叠前时间偏移技术

一般来说，叠前时间偏移速度场vP(t)是在某个成像位置点P 随时间变化的函数，直射线和弯曲射线偏移的区别是，前者是成像位置点P的均方根速度，后者为层速度。Kirchhoff 叠前时间偏移是一种高频近似的方法，当地下存在复杂构造时，很难满足成像需求，成像效果受入射角变化的影响较为敏感，速度剧烈变化可能会导致射线路径求取错误。因此，为了提高成像的精度，在本次连片工区处理中，采用基于弯曲射线的Kirchhoff 积分法完成叠前时间偏移。这种方法具有计算耗费机时短、适应性强的优点，同时优化了走时计算的算法，提高复杂构造的成像准确性[9]。

直射线Kirchhoff 叠前时间偏移基于双平方根方程为：

式中：T0——垂直传播时间；

H——半偏移距向量；

T——地震波从震源(X-H) 位置到检波器(X+H)位置的旅行时；

vrms——均方根速度，一般取中心点处的均方根速度。

弯曲射线走时计算，采用层速度模型，其计算公式为：

式中：h——半偏移距。

系数ci的计算方法如下：

其中：

式中：ΔTi——地震波在第i层中的传播时间。

综上分析，系数ci是由层速度推导的，如果只有c1，式（11）与式（10）等价，即直射线走时计算方法是弯曲射线走时计算方法的一阶近似。而对于三维层速度模型，速度随出射点位置变化而改变，这种计算方法更加精确，与真实地质情况更加吻合。

为了得到最佳的成像效果，有以下几个方面需要注意：

（1）在叠前时间偏移处理之前，需要保证输入高质量的CMP 道集，具有较高信噪比，能量振幅均衡，相位一致，同相轴清晰连续。

（2）叠前时间偏移的关键参数是偏移孔径，偏移参数的选取直接影响偏移运行时间以及偏移成像的分辨率和信噪比。偏移孔径参数，影响成像的信息范围，成像目标层越深，倾角越大，则偏移孔径就越大。深层目的层成像时，过小的偏移孔径会使陡倾角同相轴遭到破坏，振幅变化剧烈，还会产生大量的随机噪音，可能造成假的水平同相轴，当偏移孔径过大时，会浪费大量的运算时间，降低处理效率。

（3）每一轮试验线偏移后，需要通过偏移输出的CRP道集是否拉平，偏移剖面构造是否正常，来判断偏移速度场的准确程度，并进一步进行速度更新，优化得到最终的速度模型。

3 处理效果分析

古中央隆起带六块工区资料面积大，地表横向变化、采集年度跨度及采集因素存在很大的差异，因此为解决连片拼接处理中遇到的时差、子波和能量一致性等问题带来了一定的困难，笔者结合勘探地质需求及资料特点，采用时差调整和全区统一连片静校正，能量一致性处理，相位和子波一致性处理，数据规则化技术以及弯曲射线叠前时间偏移技术，对六个区块资料进行了连片处理，取得了较好的应用效果。

图4 为新老叠前时间偏移剖面对比，相对于老资料，本次处理绕射波归位准确，基底、内幕及断裂成像质量明显改善，信噪比、分辨率和频率得到提高。图5为新老处理成果目的层的等时切片对比，整体看新成果空间能量更加均衡，构造特征及接触关系更加清楚。

图5 新老成果2100ms等时切片对比

4 结论

（1）在古中央隆起带三维地震资料连片处理中，确定处理方案和技术流程前，需要根据地质任务需求，对原始资料进行充分分析，了解连片处理中存在的难点及影响因素。

（2）通过针对性地应用微测井约束初至波层析反演静校正，时差调整，能量一致性处理，相位、子波一致性处理，基于偏移距体的数据规则化，以及弯曲射线叠前时间偏移技术，消除了由于采集因素导致的资料差异，削弱了近地表因素对振幅的影响，减少了覆盖次数不均引起的画弧现象，使连片工区的区块间能量、振幅及相位趋于一致，分辨率和信噪比得到较大的提高，能够清晰刻画基底内幕结构，实现了对侵入岩体进行准确成像，从而指导基岩内幕岩性解释及天然气分布规律研究。