吳吉忠 左 虎

(中國石油冀東油田公司，河北唐山 063004)

0 引言

地下介質(zhì)的黏滯特性會(huì)導(dǎo)致地震波能量耗散、相位畸變、地震剖面分辨率降低?；谄焚|(zhì)因子Q與頻率無關(guān)或隨頻率變化弱的假設(shè)[1-2]，一般采用反Q濾波[3-5]或黏聲波方程疊前深度偏移[6-7]兩種方法進(jìn)行衰減補(bǔ)償。對(duì)疊后剖面應(yīng)用反Q濾波時(shí)，沒有考慮地震波真實(shí)的傳播路徑，補(bǔ)償精度不能得到保證；疊前深度偏移在波場(chǎng)延拓中利用黏聲波動(dòng)方程模擬地震波的傳播，精度高但層Q模型求取十分困難。

關(guān)于Q值的求取，前人已做了大量研究[8-12]。常用譜比法和頻移法基于VSP數(shù)據(jù)求取地層的Q值，但對(duì)于地面地震而言，受薄互層調(diào)諧效應(yīng)及資料信噪比影響，Q值求取精度仍需進(jìn)一步提高。在利用地震數(shù)據(jù)與井?dāng)?shù)據(jù)聯(lián)合求取Q上，業(yè)界也有不少嘗試，但在兩種數(shù)據(jù)生成的Q值標(biāo)定融合方面沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)與標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于橫向速度變化不是很劇烈的復(fù)雜構(gòu)造，疊前時(shí)間偏移是一種有效的成像方法。成像過程中偏移孔徑直接影響疊前時(shí)間偏移的信噪比，偏移孔徑過小，成像信噪比較高，但大傾角構(gòu)造面臨成像不足的風(fēng)險(xiǎn)；過大的偏移孔徑可以保證陡傾構(gòu)造成像但是增加了偏移噪聲和計(jì)算量。

通常偏移孔徑是根據(jù)地層傾角估算的，但在成像前獲取準(zhǔn)確的地層傾角十分困難。基于地層傾角與偏移孔徑的關(guān)系，很多學(xué)者利用地層傾角約束偏移孔徑，進(jìn)而達(dá)到改善成像質(zhì)量的目的。一般采用傾角掃描的方式獲取地下地層傾角，如果掃描時(shí)窗內(nèi)有多個(gè)同相軸，且每個(gè)同相軸對(duì)應(yīng)的傾角不同，則掃描結(jié)果會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。此外傾角掃描對(duì)數(shù)據(jù)的信噪比也有一定要求，信噪比較低掃描結(jié)果誤差較大。有的學(xué)者利用地震波的傳播路徑計(jì)算地震反射傾角，但通過計(jì)算方式直接獲取地層傾角的研究目前較少[13-17]。

為了提高疊前時(shí)間偏移成像的計(jì)算效率，很多學(xué)者將目光轉(zhuǎn)向了GPU技術(shù)。李博等[18]將非對(duì)稱旅行時(shí)疊前時(shí)間偏移方法移植到了GPU平臺(tái)，取得了較好的加速效果；李肯立等[19]利用GPU對(duì)疊前時(shí)間偏移進(jìn)行了移植和效率測(cè)試；馬召貴等[20]利用GPU技術(shù)對(duì)Kirchhoff疊前時(shí)間偏移進(jìn)行了優(yōu)化，計(jì)算效率明顯提升。與常規(guī)疊前時(shí)間偏移不同，衰減補(bǔ)償?shù)寞B前時(shí)間偏移需要在頻率域完成每個(gè)頻率點(diǎn)的補(bǔ)償，計(jì)算量巨大，因此GPU加速對(duì)衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移尤為重要。

本文通過引入等效Q參數(shù)實(shí)現(xiàn)衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移，并針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)求取Q場(chǎng)存在的弊端、偏移孔徑難以確定及偏移方法效率低的難題，給出了針對(duì)性的解決方案。在Q場(chǎng)建模方面，通過VSP資料與地面反射地震資料聯(lián)合應(yīng)用求取Q值，并基于衰減合成地震記錄與井旁地震道的匹配情況判斷Q值是否合理；在壓制偏移噪聲方面，通過孔徑自適應(yīng)改變，有效壓制偏移噪聲；在提高計(jì)算效率方面，采用GPU加速，有效解決了頻率域吸收補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移計(jì)算效率低的問題。

1 方法原理

1.1 井震聯(lián)合求取Q場(chǎng)

由于在實(shí)際生產(chǎn)中不可能通過巖心樣本得到所有地層的真實(shí)Q值，對(duì)Q值的合理性判斷也就缺乏客觀標(biāo)準(zhǔn)，因此根據(jù)Q值的應(yīng)用目的選取判斷標(biāo)準(zhǔn)更具有現(xiàn)實(shí)意義。如果Q是用于黏滯介質(zhì)疊前時(shí)間偏移補(bǔ)償?shù)卣鸩ㄋp，那么Q值的選取應(yīng)由井上的衰減合成地震記錄與井旁原始地震道是否匹配來決定。也有學(xué)者基于“衰減補(bǔ)償”模式，即通過不同Q值的補(bǔ)償結(jié)果與無衰減合成地震記錄是否匹配判斷Q值的合理性，但對(duì)于中深層低信噪比地震數(shù)據(jù)，為了壓制高頻補(bǔ)償噪聲而經(jīng)常使用的增益控制因子對(duì)頻帶與振幅增益都做了限制，導(dǎo)致中深層補(bǔ)償效果較差，與合成地震記錄匹配效果差，直接影響了中深層Q值的選取[12]。本文利用井上衰減合成地震記錄與井旁原始地震道匹配效果，選擇合理的Q值，運(yùn)算過程沒有用到增益控制因子，從根本上避免了上述問題的出現(xiàn)。

為了方便研究，引入了等效Q值的概念[21-22]，并假定地下某點(diǎn)的吸收只與該點(diǎn)的等效Q值有關(guān)，而不受上覆地層吸收的影響。等效Q值的定義為

(1)

式中：T代表地震波垂直單程旅行時(shí)；ΔTi為地震波在第i層內(nèi)垂直單程旅行時(shí)；Qi為第i層的Q值；n為地層層數(shù)。

利用VSP數(shù)據(jù)與地面地震數(shù)據(jù)聯(lián)合求取Q值的思路是：首先利用VSP數(shù)據(jù)求取Q值，然后以該Q值作為初始值，生成衰減合成地震記錄，并根據(jù)該合成地震記錄與井旁道原始地震數(shù)據(jù)匹配情況調(diào)整優(yōu)化Q值，然后采用對(duì)數(shù)譜比求導(dǎo)算法求取地震數(shù)據(jù)的Q值，最后將兩種Q值標(biāo)定融合得到整個(gè)工區(qū)的Q值。

通過分析VSP數(shù)據(jù)直達(dá)波的頻率與振幅屬性，采用質(zhì)心頻移法[21]計(jì)算Q值

(2)

式中：τ為地震波在地層內(nèi)的傳播時(shí)間；σ2是震源子波方差；fshot和fgeo分別是炮、檢點(diǎn)地震波主頻。

衰減合成記錄的生成分為兩步：首先利用雷克子波生成不考慮衰減的常規(guī)合成記錄，在確定子波主頻時(shí)，可以根據(jù)淺層地震數(shù)據(jù)的主頻及目的層對(duì)分辨率的需求聯(lián)合確定；然后基于VSP數(shù)據(jù)生成的Q值，利用正Q濾波算法對(duì)該合成記錄進(jìn)行處理，得到了考慮衰減的合成記錄，其中VSP生成的Q值在縱向上是連續(xù)變化的，不是一個(gè)常數(shù)。上述合成記錄生成方法的特點(diǎn)是雷克子波主頻在時(shí)間方向不發(fā)生變化，而通過Q值的變化描述地震波的衰減。另外還可以通過主頻時(shí)變的雷克子波直接生成吸收衰減合成記錄，但面臨著主頻不易準(zhǔn)確求取的巨大困難，因此不建議使用該方法。

根據(jù)衰減合成記錄與井旁道原始地震數(shù)據(jù)的相關(guān)性開展局部Q值優(yōu)化與調(diào)整，并迭代更新吸收衰減合成記錄，再次進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，直至衰減合成記錄與井旁道原始地震數(shù)據(jù)達(dá)到最佳相關(guān)時(shí)停止迭代計(jì)算。

在利用地面地震數(shù)據(jù)求取Q值時(shí)，采用了對(duì)數(shù)譜比求導(dǎo)的計(jì)算方法[22]，與常規(guī)對(duì)數(shù)譜比法相比，該方法克服了地震數(shù)據(jù)的薄層調(diào)諧效應(yīng)的不利影響。首先采用Q掃描方法對(duì)參考點(diǎn)(假設(shè)沒有衰減)的地震記錄進(jìn)行衰減，每個(gè)Q對(duì)應(yīng)的時(shí)域波形短時(shí)傅里葉變換模為FQ(ω)，地下樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)域波形短時(shí)傅里葉變換模為F(ω)，則譜比頻率導(dǎo)數(shù)指標(biāo)為

(3)

當(dāng)δ絕對(duì)值為零或最小時(shí)，表明FQ(ω)與F(ω)最接近，便認(rèn)為對(duì)應(yīng)的Q是最合理的。這種Q值求取方法與以往相比有一定改進(jìn)與不同[11]。前人是對(duì)地下樣本點(diǎn)進(jìn)行“Q掃描+衰減補(bǔ)償”處理，需要對(duì)疊前數(shù)據(jù)進(jìn)行多輪次成像，計(jì)算量大，又由于增益控制因子的作用，低信噪比數(shù)據(jù)Q值求取穩(wěn)定性差，另外在求取Q值過程中沒有用到井信息，只利用了單一的疊前地震數(shù)據(jù)。而本文方法只對(duì)參考點(diǎn)進(jìn)行“Q掃描+衰減”處理，對(duì)于疊后地震剖面而言，參考點(diǎn)選取若干即可，計(jì)算量大大降低。雖然該方法是在疊后開展的，但基于地震資料求取的Q值在空間上的趨勢(shì)是有保證的，最后利用VSP數(shù)據(jù)計(jì)算的Q值對(duì)地面地震數(shù)據(jù)生成的Q場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)定融合，從而又保證了Q值的數(shù)值精度。

1.2 衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移

與常規(guī)Kirchhoff積分法疊前時(shí)間偏移不同，衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移不僅考慮了波場(chǎng)走時(shí)和球面擴(kuò)散效應(yīng)，還考慮了地震波傳播時(shí)的吸收效應(yīng)。

本文假設(shè)Q值與頻率無關(guān)或隨頻率緩慢變化。單道地震數(shù)據(jù)在頻率域可用f(ω)表示，基于深度偏移的相移法，檢波點(diǎn)波場(chǎng)的深度延拓可表示為

P(kx,ω,z+Δz) =P(kx,ω,z)exp(-ikzΔz)

=f(ω)exp(-ikzΔz)

(4)

將頻散關(guān)系

(5)

代入式(4)，有

P(kx,ω,z+Δz)

(6)

式中c(ω)為復(fù)速度，與實(shí)速度v(ω)關(guān)系為

(7)

其中ωc為高截頻。當(dāng)頻率趨向于ωc時(shí)，實(shí)速度v(ω)將趨近于常值，本文用主頻ω0代替高截頻ωc，因?yàn)橹黝l對(duì)應(yīng)的實(shí)速度更容易獲得。經(jīng)過變換消去ωc項(xiàng)，并代入式(7)，可得

(8)

將式(8)代入式(6)，簡(jiǎn)化可得

P(kx,ω,z+Δz)

(9)

P(kx,ω,T)≈f(ω)×

(10)

式中：vi為第i層主頻對(duì)應(yīng)的實(shí)速度；ΔTi=Δzi/vi。定義等效速度為

(11)

根據(jù)式(1)和式(11)，有

(12)

將式(12)代入式(10)，做空間逆傅里葉變換，可得

(13)

式中px=kx/ω為x方向的射線參數(shù)。應(yīng)用穩(wěn)相點(diǎn)原理求得上式漸近解[23]

(14)

上式為檢波點(diǎn)到成像深度的反向傳播表達(dá)式。同樣可得炮點(diǎn)到成像深度點(diǎn)的正向傳播波場(chǎng)

(15)

(16)

將成像點(diǎn)所有的成像結(jié)果進(jìn)行累加便可得到黏滯介質(zhì)中衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移的成像結(jié)果[24]。

1.3 傾角域自適應(yīng)偏移孔徑

偏移孔徑是影響疊前時(shí)間偏移成像信噪比的重要因素，但實(shí)際應(yīng)用中，受限于偏移算法，通常采用統(tǒng)一的偏移孔徑。由于地層傾角是空變的，對(duì)某一成像點(diǎn)適合的孔徑，對(duì)另一成像點(diǎn)就可能過大或過小。為了解決這個(gè)難題，本文采用傾角自適應(yīng)的偏移孔徑。

本文采用輸入道的方式實(shí)現(xiàn)衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移，可以根據(jù)地層傾角確定偏移脈沖響應(yīng)在任一成像深度偏移孔徑的范圍，這種成像方式使偏移孔徑時(shí)變與空變成為可能。根據(jù)圖1，以下關(guān)系成立

(17)

(18)

式中：t是成像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間深度，為單程旅行時(shí)；L為點(diǎn)M與點(diǎn)P之間的水平距離，也是時(shí)間深度t處地層傾角β對(duì)應(yīng)的偏移孔徑。聯(lián)立式(17)與式(18)，求解可得

(19)

由上式可以看出，當(dāng)vrms、t、h三個(gè)參數(shù)固定時(shí)，偏移孔徑L隨著地層傾角的增大而增大。圖2a是一個(gè)四層地質(zhì)模型[13]，其中①和③表示兩個(gè)傾斜界面，②為一個(gè)水平界面；圖2b為該地質(zhì)模型數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的傾角成像道集，其中①、②與③分別代表三個(gè)同相軸，與圖2a中的界面編號(hào)一一對(duì)應(yīng)。在傾角成像道集上，界面③的擬雙曲線頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角度便是真實(shí)地層傾角，可以確定傾角成像區(qū)為[A，B]，而常規(guī)方法為了實(shí)現(xiàn)構(gòu)造的正確成像，偏移孔徑[C，C′]過大而不夠精確，引入了額外的偏移噪聲，降低了地震數(shù)據(jù)的成像品質(zhì)。

圖1 偏移孔徑與地層傾角的關(guān)系

m為炮點(diǎn)s與接收點(diǎn)r的中點(diǎn)，設(shè)定輸入地震數(shù)據(jù)的半炮檢距為h，β為深度t處的地層傾角，P為深度t處最遠(yuǎn)成像道對(duì)應(yīng)的成像點(diǎn)，p為成像點(diǎn)P在地面的投影，M為過點(diǎn)m的垂線與過P點(diǎn)的水平線的交點(diǎn)，α是地震波在成像點(diǎn)處的最大入射角

圖2 地質(zhì)模型(a)及其對(duì)應(yīng)的傾角成像道集(b)

1.4 處理流程及GPU加速實(shí)現(xiàn)

1.4.1 計(jì)算流程

吸收衰減補(bǔ)償?shù)寞B前時(shí)間偏移計(jì)算步驟如下：

(1)常規(guī)預(yù)處理；

(2)在炮檢距初疊剖面上選取若干CDP樣本；

(3)生成樣本CDP對(duì)應(yīng)的傾角成像道集，并確定樣本CDP對(duì)應(yīng)的傾角成像區(qū)；

(4)利用樣本CDP對(duì)應(yīng)的傾角成像區(qū)插值出所有CDP對(duì)應(yīng)的傾角成像區(qū)；

(5)在CDP對(duì)應(yīng)的傾角成像區(qū)內(nèi)，對(duì)疊前數(shù)據(jù)進(jìn)行衰減補(bǔ)償成像處理；

(6)重復(fù)步驟(5)，得到所有CDP最終的成像結(jié)果。

與常規(guī)疊前時(shí)間偏移事先將不同炮檢距組對(duì)應(yīng)的偏移孔徑計(jì)算出來不同，文中給出的疊前時(shí)間偏移方法無需事先計(jì)算孔徑，只需對(duì)傾角成像區(qū)內(nèi)的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償成像即可，在保證構(gòu)造正確成像的同時(shí)，最大限度地壓制了偏移噪聲。另外實(shí)際成像計(jì)算區(qū)域與常規(guī)孔徑對(duì)應(yīng)區(qū)域相比有明顯減少，計(jì)算效率也得到了一定提高。

與常規(guī)疊前時(shí)間偏移相比，衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移最大的不同在于成像時(shí)根據(jù)Q值及地震走時(shí)逐頻率點(diǎn)進(jìn)行衰減補(bǔ)償，計(jì)算量巨大，計(jì)算效率低。

1.4.2 GPU加速實(shí)現(xiàn)

業(yè)界對(duì)利用GPU進(jìn)行加速的研究已經(jīng)十分成熟，GPU的加速性能體現(xiàn)在單個(gè)GPU設(shè)備有很多計(jì)算核心，并且可以同時(shí)發(fā)起多個(gè)計(jì)算線程，而單個(gè)CPU設(shè)備則不具備。對(duì)于疊前衰減補(bǔ)償時(shí)間偏移而言，實(shí)現(xiàn)GPU加速，需要在計(jì)算熱點(diǎn)、計(jì)算粒度與存儲(chǔ)等方面重點(diǎn)考慮。

GPU設(shè)備適合并行非邏輯性運(yùn)算，比如常規(guī)的加減乘除，而選擇、判斷等邏輯運(yùn)算更適合用CPU設(shè)備去處理，因此利用GPU設(shè)備實(shí)現(xiàn)程序加速，不是簡(jiǎn)單的將程序加載到GPU設(shè)備上運(yùn)算，而是將程序中計(jì)算量最大、耗時(shí)最長(zhǎng)的部分，在這里稱之為計(jì)算熱點(diǎn)，放到GPU設(shè)備上進(jìn)行加速，因此計(jì)算熱點(diǎn)的選取直接決定了整體的加速效果。本文將頻率點(diǎn)的衰減補(bǔ)償運(yùn)算作為計(jì)算熱點(diǎn)，這是因?yàn)槊總€(gè)成像點(diǎn)都要在有效頻帶內(nèi)逐頻點(diǎn)做衰減補(bǔ)償運(yùn)算，計(jì)算量與耗時(shí)在整個(gè)程序中是最大的，并且各頻率點(diǎn)的運(yùn)算互不影響，沒有先后順序，更適合并行運(yùn)算。計(jì)算粒度是用來描述計(jì)算單元大小的指標(biāo)，一個(gè)線程可以計(jì)算一個(gè)頻率點(diǎn)的衰減補(bǔ)償，也可以計(jì)算整個(gè)成像空間所有頻率點(diǎn)的衰減補(bǔ)償，本文將前者稱之為細(xì)粒度計(jì)算，后者稱之為粗粒度計(jì)算。在細(xì)粒度計(jì)算中，線程并發(fā)量很大，每個(gè)線程的計(jì)算量卻很小，線程的數(shù)據(jù)讀取與交換用時(shí)比有效計(jì)算時(shí)間要大得多，總體加速效果不理想。在粗粒度計(jì)算中，線程的并發(fā)量太小，GPU中處于計(jì)算激活狀態(tài)的單元少，設(shè)備中很多計(jì)算單元沒有充分利用起來，負(fù)載率低，最終的加速效果也不好。借鑒這兩種計(jì)算粒度的不足，本文對(duì)成像空間進(jìn)行區(qū)塊劃分，每個(gè)線程只負(fù)責(zé)單個(gè)成像點(diǎn)的衰減補(bǔ)償運(yùn)算，既兼顧了線程計(jì)算量，又考慮了GPU的線程并發(fā)量，可以獲得最佳的加速效果。

衰減補(bǔ)償?shù)寞B前時(shí)間偏移在成像過程中需要疊加速度場(chǎng)、地層傾角及Qeff場(chǎng)等參數(shù)文件，對(duì)存儲(chǔ)空間需求較大，每一個(gè)成像點(diǎn)計(jì)算時(shí)都需要讀取這些信息，訪問量大，訪問頻率高。雖然GPU上存儲(chǔ)器種類多，但存儲(chǔ)能力相差較大，本文將這些參數(shù)文件放于存儲(chǔ)速度較慢但空間較大的全局存儲(chǔ)器上。一般情況下，穩(wěn)定性增益控制函數(shù)是采用表驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行運(yùn)算的，事先將補(bǔ)償值計(jì)算出來存于表中，在頻率點(diǎn)補(bǔ)償運(yùn)算時(shí)，直接從表中讀取相應(yīng)的補(bǔ)償值，避免了大量重復(fù)運(yùn)算，這種存儲(chǔ)換計(jì)算的策略應(yīng)用在CPU上時(shí)，對(duì)計(jì)算效率提高貢獻(xiàn)很大，但在GPU上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)存儲(chǔ)讀取問題。該補(bǔ)償表占用內(nèi)存空間較大，運(yùn)算時(shí)所有并發(fā)線程會(huì)同時(shí)從補(bǔ)償表中讀取補(bǔ)償值，進(jìn)而出現(xiàn)多個(gè)線程排隊(duì)讀取同一位置數(shù)值的情況，給計(jì)算效率帶來了不利影響。針對(duì)該問題，穩(wěn)定性增益函數(shù)不再采用表驅(qū)動(dòng)的方式，而是以補(bǔ)償因子的形式實(shí)時(shí)參與運(yùn)算，這種策略表面上增大了線程計(jì)算量，但避免了多線程排隊(duì)讀取內(nèi)存的問題，整體計(jì)算效率仍有大幅提高。

基于上述計(jì)算策略，實(shí)現(xiàn)了基于GPU計(jì)算架構(gòu)的疊前衰減補(bǔ)償時(shí)間偏移(圖3)，與只采用CPU相比，計(jì)算效率提高了40倍左右，加速效果十分明顯。

圖3 GPU計(jì)算架構(gòu)

2 數(shù)據(jù)應(yīng)用

2.1 模擬數(shù)據(jù)

圖4為二維黏彈模型?；陔p程黏性聲波方程利用頻率域有限差分方法模擬地震數(shù)據(jù)，共51炮，炮點(diǎn)位置從447.75m移動(dòng)到3147.75m，炮點(diǎn)距為54m。每炮有200道，道間距為18m。

圖5為模擬數(shù)據(jù)常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面，應(yīng)用了增益顯示。圖6為衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移剖面。對(duì)比圖5、圖6可知，二者都可以得到正確的成像結(jié)果，但圖6的成像結(jié)果分辨率更高。圖7為x=690m處單道偏移結(jié)果的時(shí)頻譜對(duì)比，可以看出，衰減補(bǔ)償偏移剖面頻帶寬度從淺到深一致，然而常規(guī)偏移剖面的頻帶卻隨著深度的增加逐漸變窄。

圖4 二維模型

圖5 常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面

圖6 衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移剖面

圖7 x=690m處常規(guī)(a)和衰減補(bǔ)償(b)疊前時(shí)間偏移單道時(shí)頻譜對(duì)比

2.2 實(shí)際數(shù)據(jù)

南堡凹陷老爺廟火成巖分布廣泛，導(dǎo)致中深層地震信號(hào)能量衰減嚴(yán)重[25]。首先利用雷克子波生成了不考慮衰減效應(yīng)的常規(guī)合成記錄(圖8a)；然后基于VSP數(shù)據(jù)求取的Q值，利用正Q濾波算法對(duì)該合成記錄進(jìn)行處理，得到考慮衰減效應(yīng)的合成記錄(圖8b)，將該衰減合成記錄與井旁道原始地震數(shù)據(jù)疊合顯示(圖8c)，根據(jù)二者的匹配結(jié)果對(duì)VSP生成的Q值進(jìn)行局部?jī)?yōu)化與調(diào)整(圖8d)，并迭代更新衰減合成記錄，直至吸收衰減合成記錄與井旁道原始地震數(shù)據(jù)達(dá)到最佳匹配。

對(duì)工區(qū)內(nèi)其他VSP數(shù)據(jù)重復(fù)該過程，最后利用所有優(yōu)化調(diào)整后的Q值去標(biāo)定地震數(shù)據(jù)求取的Q場(chǎng)，得到全工區(qū)的Q場(chǎng)(圖9)。根據(jù)地層分布與Q值的數(shù)值結(jié)構(gòu)，將Q值曲線劃分為三層(圖8d上①、②、③標(biāo)識(shí)的橫線)，可以對(duì)地震數(shù)據(jù)求取的Q場(chǎng)起到層控約束作用(圖9上①、②、③標(biāo)識(shí)的層控約束線)。

基于井震聯(lián)合方法求取的Q場(chǎng)，應(yīng)用衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移方法對(duì)老爺廟實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行成像，并與常規(guī)疊前時(shí)間偏移及其反Q濾波結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(圖10)。反Q濾波沒有考慮地震波實(shí)際的傳播路徑，對(duì)中高頻信號(hào)成分的補(bǔ)償力度要明顯高于低頻信號(hào)，這就會(huì)造成低頻信號(hào)的相對(duì)丟失。另外有效信息的恢復(fù)完全取決于輸入的疊后數(shù)據(jù)，并沒有在補(bǔ)償過程中引入新的信息。本文方法在成像過程中圖11是圖10中矩形框局部放大，可以看出衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移剖面在成像效果上改善較大，細(xì)節(jié)信息明顯增多。

圖8 Q值求取過程

圖9 地震資料求取的Q場(chǎng)VSP標(biāo)定結(jié)果對(duì)不同傳播路徑的地震信號(hào)進(jìn)行了相應(yīng)補(bǔ)償，有效恢復(fù)了地震信號(hào)的高頻能量信息，拓寬了有效頻帶，改善了地震數(shù)據(jù)整體的頻譜形態(tài)，因此在偏移剖面上地質(zhì)信息變得更加真實(shí)豐富。另外衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移剖面的信噪比較高，偏移噪聲與補(bǔ)償噪聲均被控制在一個(gè)較低水平。

圖12是三者的頻譜對(duì)比，衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移剖面的頻譜信息更加豐富，低頻與高頻信息均得到了有效拓展，而反Q濾波后雖然高頻信息得到一定恢復(fù)，但低頻信息有所損失，有效頻帶拓寬能力不如本文方法。

圖10 常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面(a)及其反Q濾波結(jié)果(b)與衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移剖面(c)對(duì)比

圖11 常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面(a)及其反Q濾波結(jié)果(b)與衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移剖面(c)局部細(xì)節(jié)對(duì)比

圖12 常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面(藍(lán)色)及其反Q濾波結(jié)果(綠色)與衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移剖面(紅色)的頻譜對(duì)比

3 結(jié)論

本文提出的衰減補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移方法，可以在疊前偏移中沿波場(chǎng)傳播路徑補(bǔ)償黏性介質(zhì)的吸收效應(yīng)，提高地震分辨率，且偏移前道集預(yù)處理與常規(guī)偏移方法一致，可以方便地融入現(xiàn)有處理技術(shù)流程。在Q場(chǎng)建模、壓制偏移噪聲和提高計(jì)算效率方面，均采用了針對(duì)性的技術(shù)策略。通過模型數(shù)據(jù)驗(yàn)證了方法的有效性與可行性。對(duì)于實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)用本文方法得到了分辨率更高、成像更清晰的剖面，與常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面及其反Q濾波結(jié)果相比，波組特征更好、地質(zhì)信息更加豐富，因此本文方法在中深層信號(hào)衰減強(qiáng)烈且信噪比較低的地區(qū)有著廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于Q場(chǎng)的求取，雖然文中給出了一套切實(shí)可行的解決方案，但Q的精度依然有較大提升空間，這將是下一步研究的重點(diǎn)。