高斯束疊前深度偏移在普光氣田的應(yīng)用研究

歐陽甜子

(中國石化中原油田分公司物探研究院，河南鄭州 450000)

普光探區(qū)地處四川盆地東北部大巴山南麓，屬復(fù)雜山地地表?xiàng)l件。該區(qū)地下構(gòu)造復(fù)雜、斷裂發(fā)育，主要目的層長興—飛仙關(guān)組上覆膏鹽巖體巨厚且厚度變化大，導(dǎo)致地震波場十分復(fù)雜，偏移成像困難。普光探區(qū)中深層以嘉陵江組上部至雷口坡組下部膏鹽巖為上主滑脫層，以中下寒武紀(jì)統(tǒng)頁巖為下主滑脫層，形成了上、中、下3個形態(tài)各異、構(gòu)造特征不同的形變層[1]。受多期構(gòu)造運(yùn)動影響，形變層內(nèi)部地層斷裂扭曲嚴(yán)重，逆掩斷裂帶的存在使得高陡構(gòu)造邊界成像不清楚、褶皺強(qiáng)烈地區(qū)成像精度低、下伏構(gòu)造成像困難、地層不易準(zhǔn)確歸位成像。

在復(fù)雜介質(zhì)條件下，疊前深度偏移技術(shù)能提供很好的構(gòu)造成像結(jié)果。高斯束偏移是一種準(zhǔn)確、靈活、高效的深度域成像方法，其不但具有接近于波動方程偏移的成像精度，還保留了Kirchhoff偏移靈活、高效的特點(diǎn)以及對復(fù)雜地表?xiàng)l件良好的適應(yīng)性[2]。它不僅具有時效短、效率高等特點(diǎn)，更具有復(fù)雜地區(qū)陡傾角成像方面的優(yōu)勢，其成像效果堪比單程波算子，同時還能克服單程波算子的傾角限制，滿足復(fù)雜構(gòu)造的成像精度。

本文提出了一種適用于普光氣田等復(fù)雜地表的高斯束偏移方法，通過分層速度掃描、優(yōu)選拾取參數(shù)和GAMMA體控制RMO深度誤差曲線等方法，對速度模型進(jìn)行了由淺至深的逐層網(wǎng)格層析反演，解決縱、橫向構(gòu)造變化對速度反演的影響，滿足復(fù)雜構(gòu)造速度反演精度，為高斯束疊前偏移成像提供了精確的深度域速度模型，最終的高斯束偏移成像結(jié)果在一定程度上改善了負(fù)向構(gòu)造影響的問題，對低信噪比地區(qū)構(gòu)造成像有明顯提升，構(gòu)造特征明顯，負(fù)向構(gòu)造影響減弱，具用較高的應(yīng)用和推廣價值。

1 高斯束偏移方法原理

Hill[3]給出了疊前高斯束偏移的方法。在共偏移距偏移中，通過對所有偏移距射線參數(shù)進(jìn)行掃描找到使總走時虛部最小的炮點(diǎn)射線參數(shù)和檢波點(diǎn)射線參數(shù)的組合。這種掃描可以在稀疏的偏移成像點(diǎn)網(wǎng)格上執(zhí)行，然后將值再內(nèi)插到較密集的成像網(wǎng)格點(diǎn)上，因此具有較高的計(jì)算效率和精度。

高斯束形式表達(dá)的偏移成像公式：

(1)

其中，C0是與高斯函數(shù)相關(guān)的系數(shù)：

Hale[4]對克希霍夫、傾斜疊加和高斯束3種偏移方法進(jìn)行了詳細(xì)比較，揭示了三者間的聯(lián)系與區(qū)別，認(rèn)為在時間域做高斯束偏移要比在頻率域效率高，并給出了單個高斯束對地下成像貢獻(xiàn)的時間域表達(dá)式：

(2)

(3)

其中，Bj(ω,px)為第j個高斯窗內(nèi)通過傾斜疊加得到的頻率域結(jié)果，其具體表達(dá)式為

(4)

式中，C為與高斯窗函數(shù)相關(guān)的振幅系數(shù);Fj(ω,kx)為地震記錄fj(x,t)的二維Fourier變換。

關(guān)于高斯窗函數(shù)的空間間隔與波束射線參數(shù)采樣間隔的關(guān)系，Hill[3-6]和Hale均進(jìn)行了詳細(xì)的討論，我們采用了Hill給出的參數(shù)選取準(zhǔn)則[2]。

2 主要流程

高斯束偏移是一種優(yōu)異的疊前深度偏移成像方法，它既保留了傳統(tǒng)射線類處理方法運(yùn)算效率高的優(yōu)點(diǎn)，且具有接近波動方程類方法的成像精度[7]。本文總結(jié)了一種適用于普光氣田復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域的高斯束疊前深度偏移處理流程(圖1)。精準(zhǔn)的速度模型是偏移成像成功的關(guān)鍵，為了提高速度反演的效果，在初始速度模型基礎(chǔ)上加入地震層位約束，并在嘉陵江組和二疊系底加入了速度掃描，來解決目的層速度橫向由高到低變化太快的問題。在速度反演的過程中，對剩余曲率精確的拾取是速度反演的最重要環(huán)節(jié)，在拾取過程中，往往由于參數(shù)選取不當(dāng)，或者遠(yuǎn)偏移距拾取彎曲等問題造成反演失敗，為了保證反演的效果，本文采取了疊前去噪的方法來提高道集的信噪比，便于拾取，優(yōu)選拾取參數(shù)，并生成了GAMMA體控制拾取結(jié)果，確保速度反演正確有效進(jìn)行。

圖1 高斯束疊前深度偏移處理流程Fig.1 Gaussian beam prestack depth migration processing

2.1 初始速度的建立

圖2 深度域初始速度模型Fig.2 The initial velocity model of the depth domain

在疊前深度偏移處理中，偏移成像的效果在很大程度上依賴于層速度模型的正確性[8-9]，成功的關(guān)鍵是建立一個精確的深度域速度模型。如圖2所示，為本工區(qū)建立的初始速度模型，為了求取深度域的層速度體，把均方根速度場做地學(xué)統(tǒng)計(jì)法的平滑，通過DIX公式把均方根速度轉(zhuǎn)換成層速度，把時間域的層速度轉(zhuǎn)化成深度域的層速度，通過內(nèi)插和外推，建立深度域的層速度體，并在此基礎(chǔ)上加入地質(zhì)層位控制。初始速度模型是由時間偏移的速度轉(zhuǎn)化而來，由于深度域偏移對速度更加敏感，所以初始速度模型不滿足深度域偏移的精度和要求，需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多次更新，才能得到滿足深度域成像的速度模型。

依據(jù)本區(qū)的構(gòu)造特點(diǎn)，嘉陵江組厚度變化大的膏巖層對巖下地層成像影響較大，尤其是在厚度突變點(diǎn)處對下伏地層成像有較大干擾，因此可以在縱向沿海相嘉陵江組膏巖底邊界首先獲取準(zhǔn)確的膏巖層速度，解決膏巖層對巖下地層成像的影響。

綜合以上分析，在第一輪速度更新以后對速度體加入兩套層位：三疊系嘉3頂(鹽膏底)、寒武系頂，以這兩套層位為目的層，保持其他層位的速度不變，并在此基礎(chǔ)上對這兩個層位進(jìn)行94%、96%、98%、100%的速度掃描。用不同百分比的速度做目標(biāo)線偏移，然后跟第一輪速度分析的結(jié)果進(jìn)行對比，選擇一個比較接近真實(shí)速度場的速度體加密偏移體，為速度更新做準(zhǔn)備。目標(biāo)線偏移結(jié)果表明，速度過低不利于偏移成像，速度過高偏移無法到達(dá)準(zhǔn)確的位置，因此本文選取96%的速度體作為第二輪速度更新的初始速度。如圖3為96%的速度模型。

圖3 96%的速度模型Fig.3 Model of 96% velocity

2.2 疊前去噪

高信噪比地震資料是做好疊前偏移的基礎(chǔ)[10]。疊前偏移對噪聲有放大作用，因此要做好疊前去噪處理，盡可能提高信噪比。本區(qū)普遍存在比較強(qiáng)的面波干擾，采用分頻衰減方法，盡可能減少有效成分損失；采用地表一致性區(qū)域異常振幅衰減對炮記錄中存在的低頻大脈沖或高頻尖脈沖振幅異?，F(xiàn)象進(jìn)行壓制，消除疊前道集中存在的較強(qiáng)干擾波。如圖4為偏移道集去噪前后對比，從圖中可以看出，偏移道集去噪以后，信噪比明顯提高。

高質(zhì)量的道集數(shù)據(jù)是做好速度反演的前提和基礎(chǔ)。由于信噪比的提高，使得RMO曲線的拾取更加準(zhǔn)確有效。如圖5為偏移道集去噪前后拾取情況的對比圖，偏移道集去噪前的拾取(a)，RMO曲線表現(xiàn)出彎曲、抖動的情況，這在速度反演的過程中只會起到負(fù)面作用，影響最終偏移效果；偏移道集去噪后的拾取(b)，同相軸更易于辨認(rèn)，RMO曲線的拾取準(zhǔn)確度和精度提高。因此疊前去噪是偏移速度正確反演的前提和保障，是速度反演的根本和基礎(chǔ)。

圖4 偏移道集去噪前(左)后(右)對比Fig.4 The offset gathers denoising contrast before (left) and after (right)

圖5 道集去噪前(a)后(b)拾取情況Fig.5 The offset gathers denoising picking contrast before (a) and after (b)

2.3 速度模型更新

2.3.1 優(yōu)化拾取參數(shù)

在疊前去噪后的偏移道集上進(jìn)行RMO曲線的拾取，拾取參數(shù)的選擇也至關(guān)重要，不合適的拾取參數(shù)不僅會影響拾取的效率，也會增加反演失敗的風(fēng)險。本文選擇了幾個比較重要的參數(shù)進(jìn)行反復(fù)的試驗(yàn)和摸索，最終拾取的效果有大幅提高，為速度的反演提供了很好的技術(shù)保障。

振幅門檻值：描述拾取的最大能量值。振幅門檻值越大，拾取的同相軸的能量越強(qiáng)。本文采用15%門檻值，如果門檻值過大，只會拾取能量強(qiáng)的同向軸從而漏掉能量弱的同向軸；門檻值過小，拾取的同向軸過多，可能拾取到噪聲，從而影響反演效果。拾取的原則是有效軸都拾取上而不要引入噪聲。

Max Number：拾取的最大的數(shù)值。本文采用的200，這個數(shù)值指的是RMO曲線的數(shù)值，200或100均可。

Separation：拾取的RMO曲線的間隔。本文采用的100，這個間隔如果過小，密度太大，拾取太多沒有必要；間隔如果太大，可能會漏掉有效的同向軸。

Gamma Limit：GAMMA體的范圍，用于控制拾取的RMO體。本文采用的0.7～1.3(系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù))。

如圖6為優(yōu)選拾取參數(shù)以后RMO曲線的拾取情況，從圖中可以看出優(yōu)選拾取參數(shù)前(a)，RMO曲線的拾取過于集中，中間有效的同向軸沒有拾取上，優(yōu)選了拾取參數(shù)后(b)，RMO曲線的分布更加均勻，對同向軸的拾取更加準(zhǔn)確有效。

圖6 優(yōu)選拾取參數(shù)前(a)后(b)RMO曲線的拾取情況Fig.6 Optimizing parameters on picking RMO curves contrast before(a) and after(b)

2.3.2 RMO深度誤差曲線

RMO曲線描述從零偏移距到最大偏移距深度的誤差，這個誤差描述出這個點(diǎn)的位置與RMO曲線模擬拋物線的一個形態(tài)。形成角度體、能量體、剩余曲率體，做多偏移距層析成像反演，把原來沒拉平的CRP道集拉平，在拉平的過程中做射線追蹤、計(jì)算新的旅行時，計(jì)算模型的準(zhǔn)確位置，反復(fù)迭代，保證CRP道集拉平。

輸入建好的初始速度模型，在地震層位約束的前提下分構(gòu)造區(qū)域分別定義不同的拾取參數(shù)，做RMO體的拾取，以適應(yīng)復(fù)雜構(gòu)造帶拾取的需求。根據(jù)拾取文件得到新的炮檢點(diǎn)偏移距、方位角、旅行時等信息進(jìn)行反演，在RMO曲線趨于最小化時，輸出最終的速度模型，做最終的高斯束疊前深度偏移。

由于RMO曲線在拾取過程中易出現(xiàn)抖動和遠(yuǎn)偏移距扭曲等現(xiàn)象，需要利用GAMMA體去控制RMO曲線拾取的準(zhǔn)確性。拾取文件先創(chuàng)建GAMMA體，得到GAMMA體文件以后，再用GAMMA體反推拾取文件以達(dá)到RMO曲線平滑的目的，確保速度模型更新的效果。如圖7為GAMMA體控制前后的RMO曲線對比圖，(a)為未用GAMMA體控制的RMO曲線，遠(yuǎn)偏移距抖動或彎曲的現(xiàn)象比較明顯；(b)為用GAMMA體控制以后的拾取情況，可以看出GAMMA體控制后的RMO曲線明顯平滑，遠(yuǎn)偏移距彎曲的現(xiàn)象得到明顯改善。

圖7 GAMMA控制前(a)后(b)的RMO曲線對比Fig.7 The comparison of RMO curves before and after the control of GAMMA

初始速度模型(圖2)經(jīng)過三輪速度模型的更新，現(xiàn)初始速度模型較平滑，由淺至深速度值平穩(wěn)增加，橫向上沒有劇烈的速度變化，整體沒有體現(xiàn)出膏巖層、碳酸鹽儲層和復(fù)雜構(gòu)造對速度的影響。圖8為3次速度更新以后最終的深度域速度模型，可以看出速度不再是由淺至深逐漸增大的趨勢，而是由嘉陵江組膏巖層開始速度增加明顯，嘉陵江組下出現(xiàn)高速地層，在地質(zhì)分析中對應(yīng)海相碳酸鹽巖地層；在橫向上3次更新后深度域?qū)铀俣饶Ｐ团c地層構(gòu)造也顯示出了較高的吻合性[1]。

圖8 深度偏移最終速度模型Fig.8 Depth migration final velocity model

3 應(yīng)用效果分析

將高斯束疊前深度偏移算法應(yīng)用于普光地區(qū)的實(shí)際資料成像處理。研究區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，速度橫向變化劇烈，存在高陡構(gòu)造，而且原始資料品質(zhì)差，深層高速巖體存在，導(dǎo)致鹽下成像困難。經(jīng)過3次速度模型更新以后，得到了比較精準(zhǔn)的速度模型，最終的高斯束偏移成像較好地解決了高陡傾角成像和鹽下成像問題，實(shí)現(xiàn)了鹽下斷層的準(zhǔn)確歸位，改善了對弱反射能量的成像，更易于進(jìn)行構(gòu)造解釋和異常體識別；對斷背斜成像更加合理，斷點(diǎn)清晰，鹽下背斜成像精度大大提高，并與波動方程偏移精度相當(dāng)，而且在時效上減少了偏移時間，效率高。如圖9和圖10所示，高斯束偏移成像的鹽下構(gòu)造成像準(zhǔn)確，繞射波收斂，同相軸連續(xù)穩(wěn)定。如圖11高斯束與波動方程的局部對比可以看出，高斯束偏移的鹽包絡(luò)成像更加準(zhǔn)確清晰，干擾波明顯減少，易于構(gòu)造解釋。如圖12，波動方程的繞射波未收斂，曲界面成像不足，高斯束偏移在陡傾角成像上有明顯優(yōu)勢。

高斯束深度偏移在普光探區(qū)的應(yīng)用，改善普光鹽下構(gòu)造成像，提升海相飛仙關(guān)、長興組的成像質(zhì)量，可以有效降低勘探風(fēng)險，同時也會直接或間接地給普光氣田帶來一定經(jīng)濟(jì)效益，該技術(shù)也可以進(jìn)一步在東濮地區(qū)推廣應(yīng)用。

圖9 波動方程偏移1517線Fig.9 Wave equation migration of line 1517

圖10 高斯束偏移1517線Fig.10 Gaussian beam migration of line 1517

4 結(jié)束語

(1)疊前時間成像方法在油氣田勘探中一直處于主要地位，目前油田勘探面臨的復(fù)雜地下地質(zhì)條件對地震成像方法有進(jìn)一步的要求，疊前時間成像方法對如高陡構(gòu)造、逆掩地層、膏巖地層、巖性橫向變化大等情況存在應(yīng)用上的不足。疊前深度偏移能較好地解決實(shí)際勘探中復(fù)雜構(gòu)造成像和巖性成像的問題。高斯束偏移方法保留了射線方法靈活高效、無傾角限制的優(yōu)勢，同時克服了焦散、陰影區(qū)、多值走時等問題。

(2)準(zhǔn)確的深度域速度模型是保證疊前深度偏移成像質(zhì)量的關(guān)鍵，其建模過程中初始速度模型是基礎(chǔ)，在速度模型更新中RMO體的拾取是非常重要的環(huán)節(jié)，高質(zhì)量的疊前數(shù)據(jù)是做好疊前深度偏移的前提和保證。

(3)普光探區(qū)高斯束深度偏移數(shù)據(jù)驗(yàn)證了高斯束偏移方法在陡傾角構(gòu)造、低信噪比資料成像方面的優(yōu)勢。高斯束深度偏移技術(shù)能適應(yīng)速度橫向變化大的復(fù)雜斷裂區(qū)，改善復(fù)雜陡傾角斷裂和地層的成像效果，使復(fù)雜小斷塊區(qū)斷裂位置更加清晰可靠。

圖11 高斯束偏移(b)與波動方程偏移(a)的疊加對比(1677線)Fig.11 Comparison of Gaussian beam migration (b) and wave equation migration (a) (line 1677)

圖12 高斯束偏移(b)與波動方程偏移(a)的疊加對比(1797線)Fig.12 Comparison of Gaussian beam migration (b) and wave equation migration (a) (line 1797)