段瑩，張高成，譚雅麗

(1.中國(guó)地震局 地球物理勘探中心，河南 鄭州 450002；2.中國(guó)石化河南油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南 鄭州 450018)

0 引言

針對(duì)泌陽(yáng)凹陷高陡構(gòu)造帶地震成像困難的難題，曾慶才等[1]對(duì)該地區(qū)陡坡帶構(gòu)造下伏地層地震成像精度影響進(jìn)行了分析，張永華等[2]對(duì)該地區(qū)陡坡帶高精度三維地震進(jìn)行了攻關(guān)研究，利用克希霍夫疊前深度偏移技術(shù)改善了成像質(zhì)量。前人在該地區(qū)大多采用了固定基準(zhǔn)面處理、疊前時(shí)間偏移、克?；舴虔B前深度偏移等技術(shù)，在一定程度上改善了該地區(qū)的地震成像精度[3-4]。近幾年，隨著物探處理技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)高陡構(gòu)造成像的研究，許多學(xué)者從研究固定面成像轉(zhuǎn)換為研究起伏地表成像，從研究克?；舴虔B前深度偏移成像轉(zhuǎn)換到研究雙程波逆時(shí)偏移成像。曾慶才等[5]以庫(kù)車坳陷克深地區(qū)為例，利用真地表疊前深度偏移等技術(shù)改善了鹽下高陡構(gòu)造成像，謝萬(wàn)學(xué)等[6]利用起伏地表疊前成像技術(shù)提高了川東高陡構(gòu)造地震成像精度，劉定進(jìn)等[7]應(yīng)用起伏地表逆時(shí)偏移技術(shù)提高了復(fù)雜山前帶地震成像的精度。顯然，以往針對(duì)泌陽(yáng)凹陷高陡構(gòu)造帶地震成像研究存在一定的局限性，因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高該地區(qū)高陡構(gòu)造帶地震成像的精度，開(kāi)展了起伏地表處理技術(shù)、逆時(shí)偏移成像等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究，改善了該地區(qū)復(fù)雜構(gòu)造的成像精度，為該地區(qū)油氣勘探提供了精度更高的地震資料。

1 工區(qū)資料概況及地震成像難點(diǎn)

泌陽(yáng)凹陷位于河南省南部的唐河縣、泌陽(yáng)縣和桐柏縣境內(nèi)，是南襄盆地中的一個(gè)中、新生代富含油氣的次級(jí)小型斷陷，面積約1 000 km2。如圖1，凹陷被NW向栗園—唐河斷裂和NE向栗園—泌陽(yáng)斷裂所夾持，形成南深北淺的箕狀凹陷。構(gòu)造單元大體可劃分為南部陡坡構(gòu)造帶、中部深凹陷構(gòu)造帶和北部斜坡構(gòu)造帶[8-9]。其中，南部陡坡構(gòu)造帶是指平行于邊界斷裂的狹長(zhǎng)地帶，發(fā)育雙河—栗園—下二門控盆斷裂，主斷面傾角大，最大達(dá)60°以上，從整個(gè)凹陷的中南部延伸至東南部，形成一個(gè)高陡構(gòu)造帶(圖1)。

高陡構(gòu)造帶邊界大斷裂與凹陷內(nèi)側(cè)地層配置形成小型鼻狀與背斜構(gòu)造，加上小型砂礫巖體發(fā)育，形成巖性、斷層—巖性油氣藏；高陡構(gòu)造帶邊界大斷裂外側(cè)為基巖，發(fā)育基巖油藏。然而，該地區(qū)高陡構(gòu)造帶地震成像困難，以往地震資料經(jīng)過(guò)多次處理，高陡構(gòu)造帶附近及中深層斷面成像仍然不清晰，構(gòu)造難以落實(shí)，制約著該地區(qū)油氣勘探的進(jìn)一步突破。如圖2，主要表現(xiàn)在：高陡構(gòu)造帶南緣邊界斷裂帶的主斷面傾角大，斷裂破碎帶較寬，斷層歸位不準(zhǔn)確，成像精度低[10]；其次，高陡構(gòu)造帶附近地震資料品質(zhì)差，斷層與地層接觸關(guān)系不清，成像精度不夠，難以滿足解釋上對(duì)小斷層、砂礫巖、油氣層識(shí)別的需求；再次，斷裂南側(cè)基巖區(qū)域幾乎看不到有效反射，尋找基巖油藏極其困難。

圖2 工區(qū)典型的地震剖面Fig.2 Typical seismic profile of the work area

通過(guò)對(duì)資料進(jìn)行分析，制約高陡構(gòu)造帶地震資料高精度成像的因素主要有以下3方面：

1)高陡構(gòu)造帶原始資料品質(zhì)差，提高信噪比難度大。工區(qū)北部平原區(qū)資料較好，信噪比相對(duì)較高；而南部山地區(qū)資料品質(zhì)極差，信噪比低，噪聲嚴(yán)重，噪聲類型復(fù)雜，特別是山地資料基本上看不到有效反射波，存在面波、線性干擾、油田設(shè)施干擾(抽油機(jī)、大鉆等)以及地面設(shè)施的次聲干擾、大值脈沖干擾、隨機(jī)噪聲干擾和高頻干擾等(圖3)。并且，山地單炮面波頻散嚴(yán)重，頻率及速度與線性干擾混疊，去噪難度大。因此，提高高陡構(gòu)造帶、特別是南側(cè)基巖地震資料的信噪比難度極大。

2)靜校正問(wèn)題復(fù)雜。該地區(qū)地處山前帶，地表?xiàng)l件復(fù)雜，高程在114～450 m左右，高差變化大。地表表層大致可分為三類，分別為山地區(qū)、農(nóng)田平原區(qū)以及河灘河道區(qū)。其中，南部山地區(qū)包括山前過(guò)渡帶及巖石裸露區(qū)，主要出露前古生界的花崗巖、片麻巖、大理巖等，基巖速度大于4 000 m/s，北部以農(nóng)田平原為主，巖性以黃膠泥為主，少數(shù)區(qū)域夾有沙層，高速層速度大于1 700 m/s。因此，該地區(qū)近地表速度結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，低降速帶厚度橫向變化大，帶來(lái)復(fù)雜的靜校正問(wèn)題。從圖3可以看出，南部山前帶單炮靜校正問(wèn)題非常嚴(yán)重，制約該區(qū)高陡構(gòu)造地震精確成像。

圖3 工區(qū)南部山地區(qū)單炮(a)及北部平坦區(qū)單炮(b)Fig.3 Different shots in the southern mountainous area(a) and the northern flat area(b)

3)高陡構(gòu)造帶速度建模及準(zhǔn)確偏移成像難度大。該地區(qū)的邊界大斷裂斷面陡，斷裂上盤(pán)滑脫活動(dòng)強(qiáng)，斷裂下盤(pán)構(gòu)造變化劇烈，速度橫向變化大，斷裂南側(cè)基巖速度分布在4 000～5 400 m/s；而斷裂北部沉積速度低，由上至下勘探目的層速度分布在1 800～4 500 m/s；加上地表?xiàng)l件復(fù)雜，地震波傳播路徑復(fù)雜，資料信噪比低，速度建模及偏移成像難度大，嚴(yán)重制約該區(qū)地震精確成像。

2 高陡構(gòu)造帶度高精度地震資料處理關(guān)鍵技術(shù)

通過(guò)上述資料及地震成像難點(diǎn)分析，研究應(yīng)用起伏地表處理思路，在靜校正、速度建模、偏移成像方面應(yīng)用起伏地表處理技術(shù)，減少對(duì)高陡構(gòu)造帶復(fù)雜地震波場(chǎng)的改變作用，提高地震成像精度；針對(duì)原始地震資料品質(zhì)低的問(wèn)題，采用對(duì)高陡構(gòu)造帶大斷裂信號(hào)保護(hù)較好的技術(shù)方法對(duì)噪聲進(jìn)行壓制來(lái)提高資料信噪比。通過(guò)研究，形成了一套適合該地區(qū)高陡構(gòu)造帶地震成像的技術(shù)流程(圖4)，并得到了對(duì)成像起到關(guān)鍵作用的技術(shù)方法。

圖4 處理流程Fig.4 Processing flow chart

2.1 山前帶起伏地表層析靜校正技術(shù)

復(fù)雜的靜校正問(wèn)題給泌陽(yáng)凹陷高陡構(gòu)造帶的成像帶來(lái)巨大困難，為解決該地區(qū)復(fù)雜靜校正問(wèn)題， 采用了層析靜校正技術(shù)[11-12]。在層析靜校正的應(yīng)用過(guò)程中，重要的環(huán)節(jié)之一是初至拾取的問(wèn)題。山前帶資料往往品質(zhì)較差，初至波拾取困難，針對(duì)這一難題，首先采用自動(dòng)拾取方式拾取， 然后人工逐炮修改，確保拾取初至的精度；其次，選取采用全偏移距初至波進(jìn)行反演，確保反演出山前帶深層速度模型信息，供后續(xù)深度域速度建模提供參考。通過(guò)多次迭代，反復(fù)修正，最終得到較為可靠的近地表速度模型，從而提高靜校正的精度。如圖5所示，通過(guò)層析靜校正技術(shù)的應(yīng)用，從單炮上看山前帶邊界大斷裂附近地震資料斷面波、繞射信號(hào)及接觸地層等有效信號(hào)形態(tài)更加突出，信噪比及連續(xù)性得到提高。

圖5 原始單炮(a)、模型靜校正(b)及層析靜校正(c)單炮效果對(duì)比Fig.5 Comparison of effects of original shot (a), model static correction (b) and tomographic static correction (c)

通過(guò)應(yīng)用層析靜校正技術(shù)能夠較好地解決工區(qū)長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題。由于是山前帶資料，地表高差大，以固定基準(zhǔn)面100 m算出的靜校正量在7～175 ms范圍之間，差值較大，直接采用固定面得到的靜校正量，對(duì)地震初至、速度分析、地震波場(chǎng)都會(huì)帶來(lái)較大影響，不適合后續(xù)速度建模及偏移成像處理，需采用浮動(dòng)面處理。通常靜校正浮動(dòng)面比起伏地表偏移所需的起伏面平滑半徑要大，為避免靜校正浮動(dòng)面返回偏移起伏面對(duì)疊加效果影響，本文將靜校正浮動(dòng)面與偏移起伏面進(jìn)行一致性處理。因此從靜校正開(kāi)始，就建立與實(shí)際地表相吻合的浮動(dòng)面進(jìn)行后續(xù)的處理，采用起伏地表處理思路，避免對(duì)地震波場(chǎng)的破壞[13-14]。具體實(shí)施：首先，對(duì)層析靜校正量進(jìn)行小半徑平滑產(chǎn)生CMP浮動(dòng)面，依據(jù)不超過(guò)一個(gè)排列長(zhǎng)度的1/6作為平滑半徑；然后，把CMP浮動(dòng)面反算成地表高程面，通過(guò)對(duì)比質(zhì)控，使CMP浮動(dòng)面與真實(shí)地表形態(tài)趨勢(shì)保持基本一致，避免過(guò)度平滑。如圖6，本工區(qū)地震采集原始資料排列長(zhǎng)度為7 800 m，試驗(yàn)了500、1 000、1 500、2 000 m的平滑半徑，最終采用1 000 m平滑結(jié)果作為浮動(dòng)面，實(shí)現(xiàn)該地區(qū)山前帶起伏地表層析靜校正技術(shù)的應(yīng)用，為后續(xù)速度建模及起伏地表偏移打基礎(chǔ)。

圖6 地表高程平面圖(a)與平滑得到的起伏面(b)對(duì)比Fig.6 Comparison of surface elevation plan (a) and smooth undulations (b)

2.2 低頻斷面波保護(hù)的疊前多域噪聲壓制技術(shù)

泌陽(yáng)凹陷高陡構(gòu)造帶邊界大斷裂斷面波發(fā)育，頻率低、視速度低，低頻斷面波、繞射信號(hào)對(duì)高陡構(gòu)造帶的成像具有重要作用。因此，在噪聲壓制過(guò)程中，對(duì)低頻有效信號(hào)的保護(hù)特別重要，需采用對(duì)低頻信號(hào)保護(hù)效果好的去噪方法進(jìn)行各種噪聲壓制[15]。

首先，采用分頻去噪技術(shù)對(duì)高陡構(gòu)造帶資料的強(qiáng)能面波進(jìn)行壓制。該技術(shù)根據(jù)噪聲在不同頻段內(nèi)的分布特點(diǎn)，調(diào)查不同頻段、不同時(shí)窗內(nèi)相鄰道的振幅差異，通過(guò)時(shí)變的振幅門檻值對(duì)噪聲進(jìn)行壓制，實(shí)現(xiàn)不同頻帶、不同程度的信噪比改善，最大程度提高資料的整體信噪比。該方法用于泌陽(yáng)凹陷高陡構(gòu)造帶地區(qū)，在面波所處頻段內(nèi)，給定合適的門檻值進(jìn)行壓制，避免了采用速度類面波壓制技術(shù)參數(shù)不合適對(duì)邊界大斷裂低頻低速繞射的傷害，是一種非常有效和安全的去噪方法，并且不會(huì)改變?cè)肼晠^(qū)域之外的任何數(shù)據(jù)，具有去噪效果好、保真性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)該地區(qū)的低速繞射起到了較好的保護(hù)作用。然而，山地單炮面波頻散嚴(yán)重，與線性干擾混疊，采用頻率域的方法去除之后，還剩余部分與線性干擾特征相似的面波，采用分頻去噪技術(shù)難以徹底去除。針對(duì)線性干擾和殘留面波，基于該地區(qū)高精度三維采集數(shù)據(jù)，采用全三維的處理方式在十字交叉域進(jìn)行壓制，利用炮線和檢波線構(gòu)建十字交叉道集，則面波、線性干擾在空間上形成以震源為頂點(diǎn)的錐形體，其中面波這種表現(xiàn)尤為突出，在時(shí)間切片上表現(xiàn)為圓形，更利于與有效信號(hào)識(shí)別與分離。實(shí)際去噪過(guò)程中，在十字交叉域采用自適應(yīng)線性干擾噪聲壓制技術(shù)對(duì)上述噪聲進(jìn)行壓制。自適應(yīng)線性干擾噪聲壓制技術(shù)在小波域根據(jù)線性干擾頻率—速度特征擬合建立線性干擾模型，然后分頻段進(jìn)行頻率空間域扇形濾波，去除線性干擾。該方法在利用分頻去噪技術(shù)壓制強(qiáng)能量面波后，能進(jìn)一步壓制部分單炮存在低速、能量不太強(qiáng)的線性干擾，保真性好，對(duì)有效波損傷少。針對(duì)該地區(qū)異常振幅、強(qiáng)能量噪聲的衰減，采用高頻、低頻兩端化處理：對(duì)低頻端強(qiáng)能量噪聲仍然采用對(duì)低頻有效信號(hào)保護(hù)的分頻去噪技術(shù)及合適的參數(shù)進(jìn)行壓制，而對(duì)高頻端強(qiáng)能量噪聲采用多道統(tǒng)計(jì)異常噪聲衰減技術(shù)進(jìn)行壓制。

如圖7，采用基于低頻斷面波保護(hù)的疊前多域噪聲壓制技術(shù)，山前帶地震資料的連續(xù)性及信噪比得到提高，高陡構(gòu)造帶邊界大斷裂低頻斷面波得到了更好的保護(hù)。

圖7 常規(guī)流程去噪(a)與基于低頻保護(hù)去噪(b)剖面對(duì)比Fig.7 Comparison of conventional process denoising (a) and low-frequency protection denoising (b) sections

2.3 山前帶起伏地表高陡構(gòu)造速度建模技術(shù)

為實(shí)施起伏地表偏移成像，必須建立起伏地表速度模型，因此本文從時(shí)間域到深度域速度建模都始終堅(jiān)持在小平滑的起伏面上進(jìn)行。山前帶速度建模一直是地震資料處理中的難題， 泌陽(yáng)凹陷高陡構(gòu)造帶速度橫向變化大，邊界大斷裂南側(cè)信噪比低，基巖發(fā)育，速度求準(zhǔn)困難，為提高高陡構(gòu)造帶速度模型的精度，本文采用斷控+層控+井控“三控”方式，開(kāi)展多方式約束速度建模。

針對(duì)基巖區(qū)地震資料有效反射信號(hào)難以識(shí)別，直接利用地震資料制作的速度譜很難求準(zhǔn)基巖速度的難題[16]，首先，利用近地表微測(cè)井調(diào)查數(shù)據(jù)、參考層析反演的近地表速度模型，確定邊界斷裂南側(cè)基巖的速度和內(nèi)側(cè)地層的速度，得到表層速度大致分布規(guī)律，然后，利用VSP資料進(jìn)一步擬合整個(gè)高陡構(gòu)造帶垂向速度分布規(guī)律；由于該地區(qū)VSP資料有限，只能得到高陡構(gòu)造帶大致速度分布規(guī)律，但利用該規(guī)律也能為求取準(zhǔn)確的速度打基礎(chǔ)。在實(shí)際速度分析過(guò)程中，參考測(cè)井資料、VSP速度，利用速度掃描、斷控+層控速度分析技術(shù)，沿著邊界斷裂分區(qū)域精細(xì)求取基巖及沉積巖的速度，通過(guò)多次迭代方式逐步提高高陡構(gòu)造帶的速度精度，使邊界大斷裂成像更加清晰可靠。在深度域速度建模過(guò)程中，首先將高精度的疊前時(shí)間偏移均方根速度場(chǎng)利用約束速度反演方法轉(zhuǎn)化成深度域的層速度，得到較為準(zhǔn)確的層速度；然后，利用VSP資料、鉆井資料、地震分層數(shù)據(jù)進(jìn)行約束網(wǎng)格層析反演速度模型優(yōu)化，通過(guò)多次迭代對(duì)基于地震數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)求取的層速度進(jìn)行修正，提高深度域速度模型的精度；最后，利用井資料及分層數(shù)據(jù)開(kāi)展井約束各向異性校正，消除井震誤差，為深度偏移成像方法的應(yīng)用提供高精度的速度模型。

如圖8，通過(guò)山前帶起伏地表高陡構(gòu)造速度建模技術(shù)的應(yīng)用，建立了高精度的速度模型，高陡構(gòu)造帶邊界大斷裂兩側(cè)速度橫向變化清晰，深度域速度模型與地質(zhì)模型吻合度較高，速度模型較為準(zhǔn)確，為深度偏移技術(shù)的應(yīng)用提供了高精度的速度模型。

圖8 深度域初始速度模型(a)與最終速度模型(b)對(duì)比Fig.8 Comparison of initial velocity model(a) and final velocity model(b) in depth domain

2.4 起伏地表逆時(shí)偏移技術(shù)

逆時(shí)偏移是目前深度域成像精度最高的地震偏移成像方法，具有相位準(zhǔn)確、成像精度高、對(duì)介質(zhì)橫向速度變化和高陡傾角適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[7,17-19]。泌陽(yáng)凹陷高陡構(gòu)造帶構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育、傾角大，斷裂兩側(cè)巖性變化大帶來(lái)橫向速度差異大；其次，該地區(qū)地處山前帶，高差變化大、地震波場(chǎng)傳播路徑復(fù)雜，從起伏地表直接進(jìn)行疊前逆時(shí)偏移是解決地表起伏大、地下構(gòu)造復(fù)雜的雙復(fù)雜結(jié)構(gòu)地區(qū)成像問(wèn)題的有力工具[20]。因此，應(yīng)用起伏地表逆時(shí)偏移技術(shù)，對(duì)更接近真實(shí)地表激發(fā)接收的地震波場(chǎng)進(jìn)行延拓，更有利于該地區(qū)地下復(fù)雜構(gòu)造準(zhǔn)確偏移歸位成像[21-22]。

為實(shí)現(xiàn)起伏地表逆時(shí)偏移技術(shù)的應(yīng)用，前述的靜校正、速度建模等處理都是基于小平滑起伏面上進(jìn)行，并將該平滑面作為偏移起伏面。具體實(shí)施：①輸入起伏地表速度模型；②輸入起伏地表的地震數(shù)據(jù)，將基于小平滑半徑起伏面的疊前炮集數(shù)據(jù)校正到與深度域速度建模統(tǒng)一的起始面上，并將起伏面的深度值寫(xiě)進(jìn)地震數(shù)據(jù)道頭；③利用起伏地表逆時(shí)偏移軟件進(jìn)行偏移成像處理。偏移過(guò)程中，對(duì)逆時(shí)偏移重要參數(shù)孔徑進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)選取合適參數(shù)，確保高陡構(gòu)造帶邊界大斷裂準(zhǔn)確歸位成像。圖9為同一速度模型起伏地表克?；舴虔B前深度偏移與逆時(shí)偏移成像效果對(duì)比，可以看出，逆時(shí)偏移對(duì)高陡構(gòu)造帶邊界大斷裂成像刻畫(huà)較好，聚焦度更高，斷面清晰，斷點(diǎn)干脆；其次，邊界大斷裂與內(nèi)側(cè)地層接觸關(guān)系更好，構(gòu)造成像清晰，更利于構(gòu)造解釋及斷裂內(nèi)側(cè)砂體刻畫(huà)。圖10為以往處理與本次處理的切片對(duì)比，總體來(lái)說(shuō)，高陡構(gòu)造帶的地震成像精度得到改善，整個(gè)邊界斷裂展布特征更加清楚，輪廓更加清晰，有利于構(gòu)造的進(jìn)一步落實(shí)。

圖9 克希霍夫疊前深度偏移(a)與逆時(shí)偏移(b)剖面對(duì)比Fig.9 Comparison of kirchhoff prestack depth migration(a) and inverse time migration(b) sections

圖10 t=1800 ms時(shí)刻以往處理切片(a)與本次處理切片(b)對(duì)比Fig.10 Comparison of the slice processed in the past(a) and the slice processed in this time(b) with t=1800 ms

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

通過(guò)分析制約泌陽(yáng)凹陷高陡構(gòu)造帶地震成像精度的因素，在靜校正、速度建模、偏移成像方面采用起伏地表處理技術(shù)，減少了處理過(guò)程中對(duì)復(fù)雜地震波場(chǎng)的改造作用，更加有利于該地區(qū)復(fù)雜構(gòu)造正確成像。采用對(duì)低頻信號(hào)保護(hù)較好的技術(shù)手段分步多域?qū)υ肼曔M(jìn)行壓制，更好地保護(hù)了該地區(qū)低頻斷面波有效信號(hào)，提高了高陡構(gòu)造帶資料的信噪比；采用斷控+層控+井控多方式約束速度建模技術(shù)，提高了高陡構(gòu)造帶復(fù)雜速度模型的精度； 利用逆時(shí)偏移技術(shù)，使邊界大斷裂偏移歸位更加準(zhǔn)確，斷面更加清晰可靠。最終研究成果表明，高陡構(gòu)造帶斷裂刻畫(huà)清晰干脆，地層接觸關(guān)系明顯，構(gòu)造成像清晰，為該地區(qū)進(jìn)一步的綜合研究以及油氣勘探開(kāi)發(fā)提供了更加準(zhǔn)確、可靠的地震資料。