張志立，焦艷艷，曾 梅

中國(guó)石油化工股份有限公司華東分公司物探研究院,江蘇 南京 210002

近年來(lái)，疊前偏移技術(shù)作為解決復(fù)雜構(gòu)造成像的有效手段越來(lái)越多的受到人們的關(guān)注，隨著我國(guó)陸上勘探開發(fā)已經(jīng)到了中后階段，勘探難度加大，資料處理日趨復(fù)雜，對(duì)地震資料的成像要求也隨之提高[1]。常規(guī)的疊后地震偏移以及疊前時(shí)間偏移已不能滿足精細(xì)構(gòu)造成像和儲(chǔ)層描述的要求。疊前深度偏移在這方面有著不可替代的作用，基于射線理論的Kichhoff積分法疊前深度偏移在目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，主要優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算效率高，便于目標(biāo)處理，對(duì)陡傾角地層較為適應(yīng)，以及對(duì)不規(guī)則采集數(shù)據(jù)的適應(yīng)能力，使得它在三維疊前深度偏移應(yīng)用領(lǐng)域一直占據(jù)主導(dǎo)地位，且與其匹配的偏移速度分析方法也比較成熟[2-4]。

1 方法原理

Kirchhoff積分法是以“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。它建立在波動(dòng)方程Kirchhoff積分解的基礎(chǔ)上，把Kirchhoff積分中的格林函數(shù)用它的高頻近似解來(lái)替代。主要由兩部分組成，旅行時(shí)計(jì)算和Kirchhoff積分。Keho等人提出的基于傍軸射線追蹤技術(shù)的非遞歸Kirchhoff疊前偏移方法，是Kirchhoff積分的疊前偏移的算法原型。該方法將地表的地震記錄直接延拓至成像點(diǎn)，其核心是復(fù)雜介質(zhì)中的以費(fèi)馬原理為基礎(chǔ)的旅行時(shí)計(jì)算[5]。

Kirchhoff疊前深度偏移成像的理論為聲學(xué)標(biāo)量波動(dòng)方程

式中，U為地震波場(chǎng)； v(x,y,z)為介質(zhì)速度。

標(biāo)量波動(dòng)方程的克?；舴蚍e分解：

給出了瞬時(shí)時(shí)間t在點(diǎn)(x,y,z)以速度v(x,y,z)在介質(zhì)中傳播的壓力波場(chǎng)P(x,y,z,t)。同時(shí)克?；舴蚪馐腔莞乖淼臄?shù)學(xué)表達(dá)，惠更斯原理是：時(shí)間t+Δt 時(shí)的壓力擾動(dòng)等于時(shí)間t時(shí)點(diǎn)震源產(chǎn)生的球面波的疊加。為了得到繞射疊前偏移剖面，需要計(jì)算出剖面上每個(gè)點(diǎn)的繞射曲線，將未偏移剖面中繞射曲線上的每個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都加在一起就得到了在偏移剖面上這個(gè)點(diǎn)的值，如果這個(gè)點(diǎn)是真正的繞射曲線的頂點(diǎn)，則相加的結(jié)果就是與這個(gè)點(diǎn)有關(guān)的真正能量，如果此處只存在噪音，沿著繞射曲線的正負(fù)值基本抵消，則相加得到的結(jié)果就很小。實(shí)際上繞射疊加偏移將未偏移剖面上的每一小段都認(rèn)為是繞射的一部分，即將反射層認(rèn)為是一系列距離很近的繞射點(diǎn)的疊加。

克希霍夫偏移實(shí)際中應(yīng)用的方程（2）積分解得離散形式

式中， Δx和Δy 分別為縱測(cè)線和橫測(cè)線的道間距；

為在一個(gè)區(qū)域孔徑A內(nèi)輸入波場(chǎng) ）

的偏移輸出。

克?；舴蚍e分要求：（1）計(jì)算通過(guò)三維空間變速介質(zhì)的非零偏移距旅行時(shí)；（2）基于標(biāo)量波動(dòng)方程克希霍夫積分解，沿著計(jì)算的旅行時(shí)軌跡比例振幅并求和。求和前的振幅比例包括傾斜因子cosθ 、球面擴(kuò)散因子 1/vr、振幅和相位校正的應(yīng)用，它由導(dǎo)數(shù)算子所隱含，而且對(duì)于任何偏移，輸入數(shù)據(jù)沿x和y方向的采樣不足需要通過(guò)一個(gè)合適的去假頻濾波器來(lái)補(bǔ)償。在運(yùn)用克?；舴蚍e分法進(jìn)行三維疊前深度偏移時(shí)，旅行時(shí)的計(jì)算給數(shù)值精確性和有效性提出了挑戰(zhàn)。

我們從克?；舴蚪饪梢钥闯鲆恢滦缘哪芰?、提高信噪比以及面元均一化是對(duì)成像是如此的重要，同時(shí)從克?；舴蚍e分要求里也可以看出旅行時(shí)的計(jì)算速度的準(zhǔn)確性是成像精確與否的關(guān)鍵因素。

2 影響成像效果的幾個(gè)因素分析及解決辦法

2.1 能量歸一化處理

疊前偏移要求常規(guī)處理的道集數(shù)據(jù)能量一致性相對(duì)較高，為了保證最終疊前偏移的處理效果，我們進(jìn)行了能量一致性的處理這種方式可以消除震源能量差異、檢波器耦合差異及能量衰減對(duì)反射波振幅的影響，保持了地震波振幅能量的相對(duì)強(qiáng)弱關(guān)系，有利于提高振幅保真度。

2.2 提高信噪比處理

疊前偏移過(guò)程，都是直接對(duì)單道原始數(shù)據(jù)進(jìn)行的。原始道上的任何一個(gè)樣點(diǎn)幅值，不管它是信號(hào)還是噪聲，都參與運(yùn)算。因此抗噪性比起疊后偏移方法差的多。因此，疊前偏移算法要求原始資料的信噪比較高，反射信息全面。但是由于受到陸地地表因素以及地下復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的影響，原始資料的品質(zhì)不好，使得疊前成像的效果大打折扣。本次采取“多域分析、多域去噪、先強(qiáng)后弱、多次迭代、循序漸進(jìn)”的思路，針對(duì)噪音的不同特點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，采取針對(duì)性的技術(shù)方法，最大限度地壓制噪音提高資料的信噪比，同時(shí)要保護(hù)有效信號(hào)不受損失。

在處理中進(jìn)行了迭代式處理方法，在進(jìn)行初次去面波處理（圖1）是將衰減的噪音輸出，并如處理所示將有效信息重新加到原來(lái)的數(shù)據(jù)中進(jìn)行迭代（圖1-2），最終保證衰減的噪音中盡可能包含更少的有效信息。

2.3 面元均一化處理

疊前偏移算法要求原始資料的觀測(cè)方式比較規(guī)則，覆蓋次數(shù)較高，方位角以及偏移距分布比較均勻。但是由于陸地地表復(fù)雜性，采集資料的覆蓋不均勻等，都會(huì)導(dǎo)致偏移假頻的產(chǎn)生，影響成像的精度。從本工區(qū)的面元覆蓋統(tǒng)計(jì)圖上看，由于在高部位，為了提高地震資料的品質(zhì)而進(jìn)行的加密炮，導(dǎo)致了覆蓋次數(shù)的劇烈變化，這就要求在疊前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)則化，進(jìn)行了偏移距分組，保證抽取的各個(gè)偏移距組不出現(xiàn)空道，在本次處理中每個(gè)分組中偏移距為80m共62個(gè)分組。為最終的成像效果提供了基礎(chǔ)。

2.4 速度模型的建立

在疊前深度偏移過(guò)程中，速度模型建立是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，隨著偏移成像算法日趨完善，影響偏移效果的主要因素就是速度模型的正確與否。在構(gòu)造復(fù)雜，地震資料的信噪比低的時(shí)候建立高精度的速度模型其難度很大，這正是目前需要解決的問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中，我們?cè)诳紤]實(shí)用性的同時(shí)研究建立速度模型的技術(shù)。主要包含初始速度模型的建立和速度模型的修改與驗(yàn)證。

圖1 初次去面波處理Fig.1 Initial remove surface wave

圖2 初次衰減掉的噪音后單炮記錄返回?cái)?shù)據(jù)Fig.2 Return data of single shot record after initial denoising

圖3 去噪效果對(duì)比圖Fig.3 Comparisonmap after denoising

由于偏移速度分析就是利用偏移對(duì)速度的敏感性，利用偏移成像誤差來(lái)修正速度誤差。它們這種相互依賴和影響，使得偏移速度分析成為一個(gè)迭代過(guò)程。利用由速度誤差引起的偏移成像誤差進(jìn)一步修正速度模型。評(píng)判偏移遮度分析的原則主要源于Claerbout的時(shí)間一致成像原理，主要有零時(shí)間成像深度與零偏移距成像深度一致準(zhǔn)則、共成像點(diǎn)道集拉平準(zhǔn)則、等旅行時(shí)準(zhǔn)則。其中共成像點(diǎn)道集拉平準(zhǔn)則應(yīng)用的比較多，借用疊前偏移結(jié)果共成像點(diǎn)道集來(lái)進(jìn)行速度分析。從這個(gè)角度講，地震成像就是速度估計(jì)和偏移這兩個(gè)相互依賴的過(guò)程。正如上面所述，通過(guò)疊前時(shí)間偏移建立的速度模型可以作為疊前深度偏移的初始速度模型。但最好的時(shí)間偏移速度未必是最好的疊前深度偏移速度，疊前時(shí)間偏移速度是一個(gè)非常平滑的長(zhǎng)波場(chǎng)速度，因此需借助疊前深度偏移求取適于深度偏移的短波場(chǎng)層速度。

圖4 疊前時(shí)間偏移和疊前深度偏移速度分析道集和速度譜Fig. 4 Velocity analysis gathers and velocity spectrum of pre-stack timemigration and pre-stack depthmigration

圖5 依次為最終疊前時(shí)間偏移速度場(chǎng)、第一次疊前深度偏移速度場(chǎng)、最終疊前深度偏移速度場(chǎng)Fig.5 Followed by fi nal pre-stack timemigration velocity fi eld, fi rst pre-stack depthmigration velocity fi eld, fi nal pre-stack depthmigration velocity fi eld

圖4為疊前時(shí)間偏移道集及速度譜和疊前深度偏移道集及速度譜對(duì)比，從道集上來(lái)看，疊前深度偏移道集上信息更加豐富，同相軸更加清楚，表現(xiàn)在速度譜上能量比較強(qiáng)。用這個(gè)深度道集經(jīng)過(guò)多次分析，用分析好的速度再去進(jìn)行深度偏移，直到在深度偏移道集上沒有剩余時(shí)差，同相軸拉平。圖5是迭代后最終的速度場(chǎng)在不同深度的顯示，比起初始速度場(chǎng)，這個(gè)速度場(chǎng)增加了更多細(xì)節(jié)的刻畫。

從效果來(lái)看 (圖6)：①最終的成果資料主要目的層反射同相軸連續(xù)性更好，反射特征更加穩(wěn)定，較好地落實(shí)了某某等構(gòu)造，斷裂帶大斷層和小斷層的位置及產(chǎn)狀特征，明確了斷層兩翼波組的對(duì)應(yīng)特征。該成果資料結(jié)構(gòu)清楚、全區(qū)易于解釋，有利于該地區(qū)構(gòu)造—巖性圈閉的精確描述。②本次疊前深度偏移處理的成果剖面較好地獲得了各反射層信息，反射背景干凈，波形自然，相位連續(xù)，波組能量特征穩(wěn)定。斷層斷面成像清晰，斷點(diǎn)干脆，斷面兩側(cè)波組關(guān)系對(duì)應(yīng)好，與地層的接觸關(guān)系清楚，小斷距斷層的成像也十分清晰，波組錯(cuò)斷明顯，解釋的多解性少，該地震資料相比于以往成果資料的品質(zhì)有了明顯的提高。③高精度疊前深度偏移處理技術(shù)具有較好的振幅保真性，成果資料振幅的變化符合地下巖性變化的特征，整體上資料的信噪比和分辨率都較高，尤其是目的層阜寧組波組特征較好，層間信息豐富。剖面上地層超覆、剝蝕、尖滅等地質(zhì)現(xiàn)象成像清晰，滿足了對(duì)小斷層、小斷距地質(zhì)現(xiàn)象的識(shí)別和判斷。

圖6 疊前時(shí)間偏移和疊前深部偏移效果對(duì)比圖Fig.6 Comparisonmap of pre-stack timemigration and pre-stack depthmigration

3 結(jié)論

基于射線理論的Kichhoff積分法疊前深度偏移在目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，主要優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算效率高，便于目標(biāo)處理，對(duì)陡傾角地層較為適應(yīng)，以及對(duì)不規(guī)則采集數(shù)據(jù)的適應(yīng)能力，使得它三維疊前深度偏移應(yīng)用領(lǐng)域一直占據(jù)主導(dǎo)地位，且與其匹配的偏移速度分析方法也比較成熟。但它固有的缺點(diǎn)是成像精度低、容易產(chǎn)生假頻、振幅不保真以及多路徑問(wèn)題。

與Kichhoff疊前深度偏移相比，波動(dòng)方程疊前深度偏移不用考慮走時(shí)和振幅，通過(guò)波場(chǎng)延拓來(lái)實(shí)現(xiàn)，其成像精度高，振幅保真。今后的疊前偏移成像技術(shù)將朝著保幅偏移算法研究、速度估計(jì)、速度模型建立和可視化方法研究；彈性波(或轉(zhuǎn)換波)波動(dòng)方程偏移方法研究三個(gè)方向發(fā)展。由于偏移成像結(jié)果要用于AV0、AVA等屬性分析，速度估計(jì)及巖石物性研究，要求必須進(jìn)行遵從地震波傳播規(guī)律的保幅偏移成像，預(yù)計(jì)進(jìn)行波動(dòng)方程的逆時(shí)偏移后其效果更加理想。

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