變質(zhì)巖潛山地震資料處理方法探討

于娟

摘 要：遼河油田潛山經(jīng)過(guò)四十余年的勘探，成果豐碩。在不斷獲得勘探重大發(fā)現(xiàn)，獲取規(guī)模儲(chǔ)量的同時(shí)，也不斷完善了潛山勘探理論及相應(yīng)的配套勘探技術(shù)系列。特別是近年來(lái)遼河油田提出了變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕成藏勘探理論，并以此為指導(dǎo)在興隆臺(tái)～馬圈子潛山帶深層潛山和潛山深部獲得重要突破，整體上報(bào)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量1.27億噸，為遼河油田的增儲(chǔ)穩(wěn)產(chǎn)做出了巨大的貢獻(xiàn)。遼河坳陷中央凸起潛山帶具有較好的石油地質(zhì)條件，鉆探的趙古1已獲重大發(fā)現(xiàn)，趙古2井顯示存在變質(zhì)巖內(nèi)幕油藏，預(yù)示中央凸起變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕油藏勘探擁有很好的前景。但變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕結(jié)構(gòu)、構(gòu)造識(shí)別劃分是關(guān)鍵點(diǎn)也是難點(diǎn)，加之中央凸起潛山內(nèi)幕地震資料品質(zhì)較差，這就需要在地震資料處理上有相應(yīng)的配套處理方法，本文以中央潛山帶為例針對(duì)變質(zhì)巖潛山進(jìn)行地震資料處理并且研究出配套處理方法。遼河坳陷中央潛山帶地質(zhì)情況復(fù)雜，潛山帶及其兩側(cè)斷裂附近橫向速度突變，潛山內(nèi)幕信噪比低，成像較差。為了理清斷層位置，搞清潛山與東西兩側(cè)凹陷接觸關(guān)系，提高潛山內(nèi)幕成像質(zhì)量，我們對(duì)遼河坳陷中央潛山帶資料進(jìn)行了疊前深度偏移處理和研究。本文首先介紹了克希霍夫疊前深度偏移的方法原理，進(jìn)而闡述了建立精確速度-深度模型的思路和實(shí)施方法，并利用該速度模型進(jìn)行了克希霍夫深度偏移和逆時(shí)偏移兩種方法的成像運(yùn)算，最后將疊前深度偏移成果與疊前時(shí)間偏移成果進(jìn)行比較。深度偏移技術(shù)可以有效解決潛山及兩側(cè)斷裂附近速度橫向突變問(wèn)題，使地下構(gòu)造成像更加合理，同時(shí)信噪比和保真保幅方面也有所提高。

關(guān)鍵詞：疊前深度偏移 中央潛山 速度建模 遼河坳陷

中圖分類號(hào)：P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（a）-0120-04

Imaging Technology Research and Application in Seismic Data Processing of the Central Buried Hill Belt in the Liaohe Depression

Yu Juan

（Liaohe Oilfield Exploration and Development Insitute，Panjin Liaoning，124010，China）

Abstract：Geological conditions of the central buried hill in Liaohe depression is pretty complicated， and the lateral velocity of the formation that near the buried hill belt and the faults on both sides vary quickly， the buried hill and its interior has poor imaging and low signal-to-noise ratio. In order to clarify the fault location， contact the relationship of the buried hill and the depression on the both side； improve the imaging accuracy of the interior of the buried hill， we conducted the research and application of pre-stack depth migration processing using the seismic data of this area. This paper first introduces the principle of Kirchhoff pre-stack depth migration. Then we elaborate the idea and implementation methods to establish the accurate velocity - depth model， and use this model to carry out the imaging processing with two methods， that is the Kirchhoff depth migration and reverse time migration. Finally， we compare the result of the different methods. Depth migration technique can effectively resolve the problem of the lateral velocity quickly variation， and the imaging of the underground structure is more reasonable. At the same time， the PSDM improve the signal-to-noise ratio and preserve the relative amplitude for high resolution in some extent.

Key Word：Pre-stack Depth Migration；Central Buried Hill Belt；Velocity Modeling； Liaohe Depression

中央潛山帶位于遼河坳陷中部，具有被東西邊界斷層所夾持的狹長(zhǎng)構(gòu)造特征。研究區(qū)內(nèi)地層傾角較陡，橫向速度變化快，潛山內(nèi)幕有效反射信息弱，有效頻帶窄，信噪比低，波場(chǎng)復(fù)雜，成像困難。常規(guī)疊前時(shí)間偏移算子僅含繞射項(xiàng)方程，其假設(shè)局部地層平緩，且繞射曲線具有雙曲線時(shí)差特征，利用時(shí)間域RMS速度把近似于雙曲型地震波繞射波能量聚焦到雙曲面的頂點(diǎn)進(jìn)行成像[1～2]。然而，當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)傳播速度存在劇烈橫向變化且分界面不是水平層狀時(shí)，則需要添加透鏡項(xiàng)來(lái)適應(yīng)速度的橫向變化引起的折射效應(yīng)[3]，只有采用疊前深度偏移技術(shù)才能使共反射點(diǎn)的疊加和繞射點(diǎn)準(zhǔn)確歸位。

1 疊前深度偏移方法

Kirchhoff積分法疊前深度偏移是基于標(biāo)量波動(dòng)方程的積分解，是以“繞射最大凸度曲線”的概念為基礎(chǔ)建立起來(lái)的疊前深度偏移方法。標(biāo)量波動(dòng)方程

（1）

給出了在T時(shí)刻點(diǎn)以在介質(zhì)中傳播的壓力波場(chǎng)。

通過(guò)推導(dǎo)，克?；舴蚍e分解可表示為波場(chǎng)經(jīng)一定延遲時(shí)在閉合曲面A上的積分，即

（2）

式中為用波場(chǎng)求區(qū)域A上經(jīng)延遲時(shí)的積分。式（2）右側(cè)第一項(xiàng)取決于波場(chǎng)的垂向梯度；第二項(xiàng)成為近場(chǎng)源項(xiàng)，以衰減；第三項(xiàng)為遠(yuǎn)場(chǎng)源項(xiàng)[4]。

2 高精度疊前道集處理技術(shù)研究

2.1 疊前多道多域去噪

噪音是影響資料信噪比的主要因素，根據(jù)頻率，振幅，空間傳播規(guī)律分為規(guī)則噪音和不規(guī)則噪音[5]。本研究區(qū)的噪音主要有強(qiáng)振幅高頻干擾、多次波，工業(yè)電干擾、面波以及隨機(jī)干擾等。我們?cè)诙嗟烙涗浬?，根?jù)信號(hào)與噪聲的空間相干性、傳播方向性、觀測(cè)重復(fù)性和能量衰減及頻率吸收規(guī)律性的差異，對(duì)噪音和信號(hào)的特征進(jìn)行分析、識(shí)別、分離、壓制或剔除。由于不同處理階段，噪音對(duì)信號(hào)的影響不同，所以去噪理念應(yīng)貫穿整個(gè)處理過(guò)程。首先應(yīng)壓制特征明顯的或強(qiáng)能量的噪音；不同的噪音應(yīng)用不同的去噪方法區(qū)別對(duì)待；針對(duì)噪音存在形式和分布規(guī)律，選取適當(dāng)?shù)膮?shù)和方法，在不損失有效波的前提下在疊前盡量壓制干擾波，以提高資料信噪比，改善成像質(zhì)量。

2.1.1 減去法壓制面波

面波在原始地震資料上能量很強(qiáng)，頻散嚴(yán)重，分布范圍廣，具有主頻在6 Hz，視速度450 m/s的特征。首先確定面波發(fā)育的區(qū)域，利用主頻分離出面波，然后從原始數(shù)據(jù)中減去面波，從而使其得到壓制，這樣在壓制低頻面波的基礎(chǔ)上保全了有效信號(hào)的低頻成分（見(jiàn)圖1）。

2.1.2 強(qiáng)野值干擾分頻壓制

根據(jù)“多道識(shí)別，單道去噪”的思想，在不同的頻帶內(nèi)自動(dòng)識(shí)別地震記錄中存在的強(qiáng)能量干擾，確定出噪音出現(xiàn)的空間位置，根據(jù)定義的門檻值和衰減系數(shù)，采用時(shí)變、空變的方式予以壓制。計(jì)算中使用的識(shí)別參量為數(shù)據(jù)包絡(luò)的橫向加權(quán)中值，這種分頻處理方法可以提高去噪的保真程度。

2.1.3 多次波多步多域壓制

有些相干噪聲具有明顯的區(qū)域性，如多次波和雜亂的散射，它們?cè)谒俣茸V上可以識(shí)別，但由于它對(duì)有效波的干涉，影響有效信號(hào)在速度譜的成像，應(yīng)予以壓制。多次波壓制有很多方法，主要有：共中心點(diǎn)疊加法，通過(guò)有效波和一次波的剩余時(shí)差不同，通過(guò)疊加加強(qiáng)一次波，壓制多次波；變信噪比宏面元法，通過(guò)拉東分解法實(shí)現(xiàn)多次波壓制；局部相干濾波法，用多次波正常時(shí)差校正，根據(jù)多次波具有高度相干性予以壓制；一些多用于海洋資料壓制海底多次的多次波壓制方法，如預(yù)測(cè)反褶積、波動(dòng)方程外推法，SRME等。

2.2 能量一致性調(diào)整與補(bǔ)償

受采集因素和地質(zhì)因素影響，地震資料能量分布在時(shí)間和空間上分布都存在很大差異。研究過(guò)程中我們首先通過(guò)球面擴(kuò)散補(bǔ)償在時(shí)間上對(duì)能量進(jìn)行調(diào)整；然后利用地表一致性能量補(bǔ)償在空間上對(duì)能量進(jìn)行調(diào)整；最后針對(duì)潛山內(nèi)幕弱反射區(qū)進(jìn)行剩余能量補(bǔ)償，從而保證疊前道集能量一致性（見(jiàn)圖2），防止偏移劃弧現(xiàn)象發(fā)生。

3 疊前深度偏移速度-深度建模

在疊前深度偏移處理中，除了高精度疊前處理道集要保證質(zhì)量外，關(guān)鍵是偏移成像對(duì)速度模型的精度有很強(qiáng)的依賴性。若速度模型不準(zhǔn)確，則地下反射層偏移位置不準(zhǔn)，深度誤差也會(huì)加大[6～7]?？梢?jiàn)，速度模型精度的高低直接控制著偏移成像精度，對(duì)速度模型的建立及模型修正過(guò)程中的迭代更新方法進(jìn)行研究是至關(guān)重要的。因此我們?cè)谡麄€(gè)研究和質(zhì)量監(jiān)控過(guò)程中，緊緊抓住速度分析這一關(guān)鍵，大幅度提高速度求取的精度，建立精確的三維速度-深度模型，保證深度偏移成像質(zhì)量。

現(xiàn)有軟件系統(tǒng)提供多種速度分析、修正以及模型驗(yàn)證手段，本次研究速度建模采取的是垂向速度建模和三維網(wǎng)格層析成像速度建模的方法，最終確定疊前深度偏移速度-深度模型。

垂向速度建?？梢越柚喾N手段，減少處理結(jié)果的多解性，得到垂向變化連續(xù)的介質(zhì)模型，有效改善成像精度。首先，疊前時(shí)間偏移相對(duì)于疊前深度偏移對(duì)速度的敏感度要小，更容易求取均方根速度。因此我們以前人的偏移速度作為初始速度，按不同百分比進(jìn)行速度掃描和偏移測(cè)試，同時(shí)輸出共反射點(diǎn)道集；然后根據(jù)偏移剖面和共反射點(diǎn)道集進(jìn)行新速度的拾?。辉僖孕滤俣葹檩斎雽?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移，并檢查偏移剖面和共反射點(diǎn)道集，對(duì)不合理位置進(jìn)行重新拾取。通過(guò)利用疊前時(shí)間偏移進(jìn)行速度迭代的循環(huán)，以求取精確的均方根速度，為疊前深度偏移提供長(zhǎng)波長(zhǎng)的速度。

上一步求取了精確的疊前時(shí)間偏移速度，但由于偏移技術(shù)的差異，最好的疊前時(shí)間偏移速度未必是最好的疊前深度偏移速度，因此，需要利用疊前深度偏移做適合疊前深度偏移速度的進(jìn)一步細(xì)化。疊前深度偏移的初始速度模型是疊前時(shí)間偏移求取的最終均方根速度模型。與疊前時(shí)間偏移速度分析的區(qū)別就是通過(guò)疊前深度偏移作為迭代手段，每次將得到的深度域CRP道集轉(zhuǎn)換到時(shí)間域來(lái)分析。利用速度模型通過(guò)選擇目標(biāo)線來(lái)完成疊前深度偏移，速度分析采用三維交互速度分析的方法來(lái)最終建立準(zhǔn)確的初始速度-深度模型。

該過(guò)程要加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控措施。速度的準(zhǔn)確性直接的表現(xiàn)是動(dòng)校CRP道集是否拉平，速度過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)引起CRP道集下拉或者上揚(yáng)。交互速度分析是建好速度模型的基礎(chǔ)，在速度分析時(shí)，首先根據(jù)速度分析點(diǎn)對(duì)應(yīng)于剖面上的位置，判斷速度的大小和變化趨勢(shì)，然后分析相應(yīng)的道集和速度譜，判斷是否是假聚焦和成像反射同相軸是否為有效信號(hào)（如多次波等）。

在得到初始速度-深度模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆井，測(cè)井資料，以合成地震記錄為橋梁，對(duì)過(guò)井線進(jìn)行層位標(biāo)定，并利用疊前時(shí)間偏移剖面進(jìn)行地質(zhì)層位解釋。從淺到深共解釋五層數(shù)據(jù)對(duì)全區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征進(jìn)行控制。然后利用三位網(wǎng)格層析成像法，以疊前深度偏移產(chǎn)生的深度域共反射點(diǎn)道集作為輸入，通過(guò)不斷調(diào)整模型的速度與界面深度，求解與共反射道集完全相似的理論共反射道集，從而得到調(diào)整后的速度和界面深度。它是用射線追蹤產(chǎn)生的非雙曲線動(dòng)校正量來(lái)調(diào)整速度和深度，精確度更高。另外層析成像法采用的是全局最優(yōu)分析法對(duì)模型進(jìn)行整體的調(diào)整，可以避免剩余速度分析產(chǎn)生的橫向野值劇變（見(jiàn)圖3）。

4 疊前深度偏移參數(shù)的優(yōu)選

4.1 偏移算法的選取

相同的速度模型，不同的疊前深度偏移算法的成像效果顯然也不同。克?；舴蚍e分法疊前深度偏移具有快速靈活的特點(diǎn)，可以方便的偏移目標(biāo)線，廣泛用于深度偏移速度建模。但因其近似性和方法局限性，如多走時(shí)路徑，假頻問(wèn)題等，使得其對(duì)速度模型具有很強(qiáng)的依賴性，從而影響成像效果?；诓▌?dòng)方程微分解的逆時(shí)偏移成像技術(shù)是多路徑、全波場(chǎng)的算法，可在時(shí)間-空間域或頻率-空間域通過(guò)波場(chǎng)延拓，求取偏移成像位置，速度橫向變化適應(yīng)能力強(qiáng)，具有保幅，偏移噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，但是它運(yùn)算周期長(zhǎng)，且不能進(jìn)行目標(biāo)線偏移，不能用于求取該偏移方法的精確速度模型。

4.2 偏移孔徑優(yōu)選

用于疊前深度偏移的速度-深度模型確定后，影響偏移成像效果的最主要參數(shù)有兩個(gè)：一是地震波場(chǎng)函數(shù)，即輸入的共中心點(diǎn)道集的質(zhì)量。二是參加求和道數(shù)的偏移孔徑。偏移孔徑?jīng)Q定于地下構(gòu)造傾角的變化，該參數(shù)對(duì)陡傾角構(gòu)造及斷層成像非常關(guān)鍵，同時(shí)該參數(shù)決定偏移的運(yùn)算時(shí)間?？讖教?，就會(huì)導(dǎo)致陡傾角的消逝，同時(shí)原來(lái)道與道之間的不相關(guān)噪聲容易被改造成一定程度的相關(guān)噪聲，形成一些假的、短的同相軸。孔徑太大，則引入空間假頻等噪聲，同時(shí)也增加了不必要的工作量。理論上孔徑是根據(jù)地層最大傾角確定的。該參數(shù)的選取原則是在保證陡傾角能夠成像的情況下盡量選擇較小的孔徑，這不但可以保證平層的成像質(zhì)量，而且可以減少偏移時(shí)間和偏移噪聲的影響。

4.3 反假頻因子優(yōu)選

在道間距和最高頻率一定的前提下，繞射波到達(dá)檢波點(diǎn)的角度太陡，偏移剖面易出現(xiàn)假頻現(xiàn)象。它會(huì)影響偏移剖面品質(zhì)，因此需要進(jìn)行三維反假頻濾波處理。反假頻參數(shù)的大小影響著資料的信噪比和分辨率，如果參數(shù)太小，去假頻能力弱，資料分辨率高，信噪比低；如果反假頻因子參數(shù)過(guò)大，剖面信噪比提高，但分辨率會(huì)降低。研究過(guò)程中需要對(duì)反假頻因子進(jìn)行兩個(gè)方向的試驗(yàn)，結(jié)合該參數(shù)對(duì)疊前深度偏移剖面信噪比和分辨率的影響確定參數(shù)。

5 應(yīng)用效果分析

5.1 克西霍夫深度偏移應(yīng)用效果

疊前深度偏移與疊前時(shí)間偏移相比，其優(yōu)勢(shì)在于適用于速度橫向變化大時(shí)。而在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，其實(shí)由于速度的合理求取與應(yīng)用，深度偏移幾乎在所有資料應(yīng)用中的效果都會(huì)優(yōu)于時(shí)間偏移，尤其在斷層正確歸位、提高資料橫向分辨率方面有優(yōu)勢(shì)。只是改進(jìn)程度有大有小的問(wèn)題。（見(jiàn)圖4）

5.2 逆時(shí)偏移應(yīng)用效果

逆時(shí)偏移處理能最大限度保真、保幅，很好的保持了振幅的相對(duì)關(guān)系，并有效、合理地提高了資料信噪比和分辨率，斜層構(gòu)造及斷面成像、潛山內(nèi)幕成像較精確。

逆時(shí)偏移本身就是高精度成像處理，偏移速度建模與運(yùn)行偏移的過(guò)程均需要不斷逼近與多次迭代的過(guò)程。模型經(jīng)常需要修正與重建，即使基本正確也需要不斷逼近，才能獲得更加精確的成像。（見(jiàn)圖5）

6 結(jié)論

疊前深度偏移技是解決速度橫向突變的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造地區(qū)準(zhǔn)確成像的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)提高區(qū)域構(gòu)造解釋和地質(zhì)認(rèn)識(shí)有決定性作用。通過(guò)理論研究和實(shí)踐應(yīng)用我們總結(jié)出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

（1）對(duì)疊前道集進(jìn)行精細(xì)處理是疊前深度偏移成像獲得良好效果的前提。主要體現(xiàn)在靜校正，多域噪音壓制，覆蓋次數(shù)、炮檢距的規(guī)則化，能量補(bǔ)償與調(diào)整，反褶積等方面。

（2）解釋處理的有效結(jié)合是疊前深度偏移的基礎(chǔ)。處理人員對(duì)測(cè)井，鉆井，錄井，vsp和地震解釋成果等資料加強(qiáng)認(rèn)識(shí)，并在速度模型建立和迭代優(yōu)化過(guò)程中充分利用，能有效提高速度建模的效率和精度。

（3）疊前深度偏移對(duì)速度橫向突變，構(gòu)造關(guān)系復(fù)雜區(qū)域有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，在速度足夠精確的情況下，成像比疊前時(shí)間偏移精確。

（4）速度模型的精度是制約疊前深度偏移成像的精度的關(guān)鍵。成像算法從克?；舴蚱?、波動(dòng)方程偏移到逆時(shí)偏移，成像精度越來(lái)越高，但速度模型受低信噪比、迭代算法等制約尚難以對(duì)地層和速度場(chǎng)變化進(jìn)行精細(xì)的刻畫。

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