準(zhǔn)噶爾盆地復(fù)雜山地區(qū)分方位地震處理關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

王晨　羅勇　冷雪梅　張欣吉　郭琪　彭玉林

摘? ?要：準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前沖斷帶是我國(guó)西部重要的油氣勘探領(lǐng)域，構(gòu)造復(fù)雜，逆沖斷裂發(fā)育特征為油氣勘探帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。隨“兩寬一高”資料的普及，全方位處理模式愈發(fā)難以滿足深層精細(xì)勘探的需求。本文以安集海背斜為例，對(duì)下組合方位各向異性問(wèn)題，提出一套完整的分方位處理流程，包括分方位速度分析、分方位全局尋優(yōu)剩余靜校正、OVT域疊前時(shí)間偏移及加權(quán)疊加技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用有效地改善了該地區(qū)斷點(diǎn)斷裂不清晰和構(gòu)造樣式存在多解性的問(wèn)題，具一定生產(chǎn)推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：方位各向異性；分方位處理；OVT域偏移；全局尋優(yōu)剩余靜校正；復(fù)雜山地

近年來(lái)隨著“兩寬一高”技術(shù)的推廣，針對(duì)寬方位數(shù)據(jù)，尤其是方位各向異性的處理引起了業(yè)界廣泛關(guān)注。

寬方位地震資料攜帶豐富的方位角信息，對(duì)識(shí)別裂縫、提高裂縫性儲(chǔ)層勘探精度具有重要意義，因此眾多學(xué)者對(duì)此展開(kāi)研究[1-3]。初海紅研究了非剛性匹配時(shí)差校正技術(shù)，消除了不同沉積時(shí)期的方位各向異性時(shí)差[4]；宋利虎等人引入基于路徑積分疊加原理的校正方法，實(shí)現(xiàn)了剩余時(shí)差自動(dòng)校正，提高了海量資料分方位速度拾取的效率和精度[5]；白英哲等人提出一種方位各向異性建模成像技術(shù)，通過(guò)匹配道集上的方位時(shí)差，實(shí)現(xiàn)多方位同向疊加[6]。

以往研究多是針對(duì)單項(xiàng)問(wèn)題[7，8]，本文在此基礎(chǔ)上提出一套針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地復(fù)雜山地區(qū)的方位各向異性處理方案，首先通過(guò)分方位速度分析和分方位剩余靜校正迭代方式獲取準(zhǔn)確速度及剩余靜校正量；進(jìn)而通過(guò)OVT域偏移使各方位數(shù)據(jù)準(zhǔn)確成像；最后，基于波形和能量相似性對(duì)不同方位數(shù)據(jù)加權(quán)疊加，解決不同方位成像相互干擾的問(wèn)題。該技術(shù)已在準(zhǔn)噶爾盆地南緣安集海地區(qū)應(yīng)用，能夠較好的解決復(fù)雜山地區(qū)方位各向異性對(duì)成像的影響。

1? 研究區(qū)概況

安集海背斜構(gòu)造上位于南緣沖斷帶烏奎背斜帶西部，地表以農(nóng)田、戈壁為主，中部山體出露，地勢(shì)起伏較大，背斜南北兩翼為巨厚黃土和礫石堆積區(qū)，地表?xiàng)l件復(fù)雜[9，10]。

背斜發(fā)育上下兩套組合：中上組合中部平緩，南北兩翼高陡、斷裂發(fā)育，鉆遇東溝組傾角達(dá)50°～60°；下組合相對(duì)寬緩。

該地區(qū)經(jīng)多次處理，下組合偏移畫(huà)弧現(xiàn)象依然嚴(yán)重，侏羅系內(nèi)部層位對(duì)應(yīng)關(guān)系差，構(gòu)造及斷裂特征難以準(zhǔn)確落實(shí)（圖1）；中組合東溝組、下組合清水河組及西山窯組實(shí)鉆分層與設(shè)計(jì)誤差較大。

2? 分方位處理技術(shù)應(yīng)用

2.1? 資料各向異性分析

安集海背斜下組合方位各向異性尤為突出，不同方位角資料在速度、時(shí)差、頻率等方面均見(jiàn)明顯差異。從圖2-a可看出，背斜下組合位置（點(diǎn)號(hào)1 000～1 450范圍）同相軸存在明顯錯(cuò)亂；從圖2-b可看出，不同方位的反射特征不一致，左右兩個(gè)框內(nèi)同相軸存在明顯時(shí)差；對(duì)比不同數(shù)據(jù)的速度譜，可見(jiàn)左側(cè)框內(nèi)數(shù)據(jù)速度更高。

2.2? 分方位處理流程

全方位處理難以解決不同方位上的屬性差異，尤其是地震波在不同方向的傳播速度差異，全方位速度分析精度不夠。因此針對(duì)安集海這類方位各向異性嚴(yán)重的復(fù)雜山地區(qū)，采用分方位處理方式十分必要（圖3）。

分方位處理的關(guān)鍵在于扇區(qū)劃分，既要確保各扇區(qū)偏移距和覆蓋次數(shù)的均勻性，同時(shí)要合理規(guī)劃扇區(qū)數(shù)量。據(jù)頻率、能量和時(shí)差在不同方位的差異性，將數(shù)據(jù)平均劃分為6個(gè)扇區(qū)，以正北方向?yàn)?度，分別對(duì)各扇區(qū)進(jìn)行處理（表1）。

2.3? 分方位處理技術(shù)應(yīng)用

2.3.1? 動(dòng)、靜校正迭代

在常規(guī)超道集基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在線、點(diǎn)方向外引入了偏移距，從3個(gè)方向綜合疊加，使速度譜能量團(tuán)更為聚焦，有利于速度分析。

進(jìn)而采用模擬退火算法與蒙特卡羅準(zhǔn)則相結(jié)合的全局尋優(yōu)非線性剩余靜校正[14]。首先，對(duì)所有炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)應(yīng)用隨機(jī)靜校正量；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)基于地表一致性的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行靜校正質(zhì)控：如果效果改善，則采用該靜校正量；如果效果變差，則以一定概率應(yīng)用新的靜校正量；最后，當(dāng)兩次模擬之間無(wú)能量變化時(shí)，終止計(jì)算。從圖4可看出，分方位處理后的剖面南翼陡傾角刻畫(huà)更加清晰，邊界處同相軸更加連續(xù)。

實(shí)際生產(chǎn)中，計(jì)算效率非常重要。因此在隨機(jī)模擬時(shí)可約束靜校正量來(lái)提高計(jì)算效率，同時(shí)避免產(chǎn)生異常值。分別將靜校正量最大值限定為20 ms、40 ms、60 ms、100 ms。單個(gè)扇區(qū)的計(jì)算時(shí)間分別為19小時(shí)33分、20小時(shí)48分、21小時(shí)5分、22小時(shí)1分，從圖5可看出，60 ms時(shí)，成像效果最好，繼續(xù)增大反而延長(zhǎng)計(jì)算時(shí)間。

2.3.2? OVT域疊前時(shí)間偏移

OVT域疊前時(shí)間偏移成像引入方位角信息[15，16]，最關(guān)鍵的一步就是OVT面元?jiǎng)澐?，以往面元?jiǎng)澐址椒ㄆ凭喾秶^(guò)大，每個(gè)面元的數(shù)值范圍仍有差異。本工區(qū)以方位角間隔20°、偏移距間隔100 m，將數(shù)據(jù)劃分為1 783個(gè)面元，確保偏移結(jié)果不受各向異性影響，同時(shí)又能滿足后續(xù)對(duì)各向異性研究的需求（圖6）。

劃分面元后，再將數(shù)據(jù)抽到OVT域，按所分扇區(qū)分方位進(jìn)行偏移，OVT域偏移較常規(guī)偏移資料相帶邊界更清楚，能更好地保存方位各向異性信息，用于后續(xù)裂縫預(yù)測(cè)。從圖7中可看出，OVT域偏移成像效果更好，背斜南翼陡傾角刻畫(huà)更為清晰，下組合軸部畫(huà)弧現(xiàn)象有所改善，同相軸連續(xù)性更好，本文面元?jiǎng)澐址绞捷^老方法成像效果改善明顯。

2.3.3? 加權(quán)疊加

實(shí)際處理中不能無(wú)限細(xì)分方位，仍有部分方位數(shù)據(jù)同相軸未拉平，當(dāng)數(shù)據(jù)混合后，道集上仍表現(xiàn)為同相軸錯(cuò)斷，影響偏移成像效果。從圖8可看出，左側(cè)為疊加剖面，選取方位各向異性明顯的CMP點(diǎn)（黑線處），可見(jiàn)道集下組合偏移距約3 000 m，兩側(cè)反射特征不一致，中上組合無(wú)此現(xiàn)象。

對(duì)這一問(wèn)題，以往采用方位各向異性校正或匹配濾波等方式拉平道集，忽略能量和頻率上的差異會(huì)影響資料的保真度。本文在疊加前利用權(quán)重分配合理優(yōu)選數(shù)據(jù)，進(jìn)而提高成像精度。首先，選取優(yōu)勢(shì)方位數(shù)據(jù)建立模型道，本工區(qū)斷裂系統(tǒng)走向主要為EW向，SN向數(shù)據(jù)受方位各向異性影響相對(duì)較小，因此選擇SN向數(shù)據(jù)為模型道。其次，選取目的層時(shí)窗，通過(guò)計(jì)算不同方位數(shù)據(jù)與模型道的互相關(guān)確定波形相似性；通過(guò)歐式距離公式計(jì)算各點(diǎn)振幅差的平方和[17-20]，衡量不同方位數(shù)據(jù)與模型道在能量方面的相似性；最后，據(jù)波形相似性建立加權(quán)系數(shù)場(chǎng)。

波形相似性加權(quán)疊加，利用振幅趨勢(shì)相關(guān)的相似性計(jì)算，即振幅為：

[θ]為與道相關(guān)的參數(shù)，[a]，[b]和[c]是多項(xiàng)式系數(shù)，可通過(guò)最小二乘擬合得到，如下：

確定了這3個(gè)系數(shù)后即可得到描述幅值變化的擬合曲線。與震源機(jī)制反演進(jìn)行極性校正的方法類似，我們使用最小二乘擬合曲線校正原始振幅的極性，如下：

[Ai]是極性校正后的振幅函數(shù)。對(duì)極性校正后的幅值采用相似性加權(quán)疊加算法構(gòu)建關(guān)于震源位置和發(fā)震時(shí)刻的成像函數(shù)：

成像函數(shù)是包含震源發(fā)震時(shí)刻和空間位置的四維數(shù)組，拾取該函數(shù)的峰值可得到震源位置和發(fā)震時(shí)刻。

從圖9可看出，加權(quán)疊加對(duì)下組合偏移畫(huà)弧現(xiàn)象有明顯改善，消除畫(huà)弧后同相軸更加聚焦且連續(xù)，構(gòu)造特征更為清晰。

2.4? 應(yīng)用效果

從（圖10）中可看出，該技術(shù)處理后，相較于常規(guī)偏移方式，分方位偏移后的剖面既保持了構(gòu)造的振幅響應(yīng)特征，同時(shí)偏移畫(huà)弧現(xiàn)象得到解決，同相軸更加連續(xù)，下組合成像效果改善明顯，西山窯組、八道灣組反射特征更清晰，降低了資料多解性。

應(yīng)用前構(gòu)造兩翼高陡構(gòu)造及斷裂夾片成像較差，應(yīng)用后地震成像品質(zhì)大幅改善，構(gòu)造兩翼高陡構(gòu)造及淺層地震成像品質(zhì)明顯提高，下組合成像效果更符合當(dāng)前地質(zhì)認(rèn)識(shí)，與井的吻合程度較好。

3? 結(jié)論

本文以實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為依托，對(duì)方位各向異性引起的成像問(wèn)題提出了一套適用于準(zhǔn)噶爾盆地南緣復(fù)雜山地地區(qū)的分方位處理技術(shù)，通過(guò)分方位速度分析、分方位全局尋優(yōu)剩余靜校正、OVT域疊前時(shí)間偏移及加權(quán)疊加技術(shù)，有效改善了該地區(qū)斷點(diǎn)斷裂不清晰、構(gòu)造樣式存在多解性的問(wèn)題，具備一定生產(chǎn)推廣價(jià)值。

（1） 全局尋優(yōu)算法計(jì)算量大，尤其是對(duì)于當(dāng)前主流的寬方位海量數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。因此在模擬時(shí)需將靜校正量約束在合理范圍內(nèi)來(lái)提高計(jì)算效率，同時(shí)能避免產(chǎn)生異常值。

（2） 面元的劃分對(duì)OVT域偏移至關(guān)重要。以往據(jù)炮、檢線距劃分的OVT面元在偏移距方面難以滿足各向異性處理需求。而通過(guò)方位角及偏移距范圍劃分面元能取得更好的偏移成像效果。

（3） 本文針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣復(fù)雜山地構(gòu)造中存在的方位各向異性問(wèn)題，提出了一套行之有效的處理方案，并對(duì)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)和遇到的一些問(wèn)題提供了解決思路。

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Key Technology and Application of Azimuthal Seismic Processing in

Complex Mountain Area of the Junggar Basin

Wang Chen， Luo Yong， Leng Xuemei， Zhang Xinji， Guo Qi， Peng Yulin

（Geophysical Research Center，Research Institute of Exploration and Development，

Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Urumqi，Xinjiang 830013，China）

Abstract： The piedmont thrust belt in the southern margin of the Junggar Basin has long been an important oil and gas exploration area in western China. However， its complex structure and the characteristics of thrust fault development also bring great challenges to oil and gas exploration. Especially with the popularization of “two width and one height” data， the omni-directional processing mode is increasingly difficult to meet the needs of deep fine exploration. Therefore， taking the Anjihai anticline as an example， this paper proposes a complete set of azimuth processing flow to solve the problem of combined azimuth anisotropy under it. It includes azimuthal velocity analysis， azimuthal global optimization residual static correction， OVT domain prestack time migration and weighted stacking technology. The application of these technologies has effectively improved the problems of unclear breakpoint faults and multi-solution of structural styles in this area， and has certain production and popularization value.

Key words： Azimuthal anisotropy; Azimuth processing; OVT domain migration method; Global optimization residual static correction; Complex mountain

收稿日期：2023-08-25；修訂日期：2023-10-26

第一作者簡(jiǎn)介：王晨（1994-），男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，碩士，2019年畢業(yè)于東北石油大學(xué)地球探測(cè)與信息技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)主要從事地震采集和地震資料處理方法研究工作；E-mail： 120087322@qq.com