中深層成像多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)研究及應(yīng)用*

汪小將陳寶書張金淼楊 鍇

（1．中海油研究總院； 2．同濟(jì)大學(xué)）

中深層成像多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)研究及應(yīng)用*

汪小將1陳寶書1張金淼1楊 鍇2

（1．中海油研究總院； 2．同濟(jì)大學(xué)）

針對(duì)現(xiàn)有地震資料中深層照明度低、反射信號(hào)弱、信噪比差等問(wèn)題，基于傍軸射線及菲涅耳帶理論，提出并研發(fā)了多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)。該技術(shù)可以在室內(nèi)處理方面大幅度增加地下尤其是中深層共反射點(diǎn)覆蓋次數(shù)，有效增強(qiáng)中深層弱反射信號(hào)、提高信噪比，改善中深層地震資料品質(zhì)。應(yīng)用結(jié)果表明，相對(duì)于常規(guī)共反射面元疊加技術(shù)，多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)在屬性參數(shù)搜索、傾角歧視、中遠(yuǎn)偏移距時(shí)距曲線精度以及是否輸出疊前道集等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，且在南海瓊東南盆地深水區(qū)地震資料處理應(yīng)用中取得了良好效果。

中深層；多次聚集共反射面元疊加；技術(shù)優(yōu)勢(shì)；應(yīng)用效果；瓊東南盆地深水區(qū)

中深層地震資料往往存在反射信號(hào)弱、信噪比低等問(wèn)題，對(duì)地震資料解釋和構(gòu)造單元、沉積相劃分等勘探研究工作帶來(lái)不利影響，其原因主要有：①地震波向地下傳播受幾何擴(kuò)散、大地吸收等影響，能量逐漸降低，信噪比也隨之降低；②受地震采集方式的影響，淺層地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、地層產(chǎn)狀變化不大，地震資料信噪比一般都比較高，而中深層地層產(chǎn)狀變化大、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，常規(guī)地震采集資料的中深層照明度差，造成中深層反射信號(hào)弱［1-3］；③常規(guī)地震資料處理多次覆蓋技術(shù)是建立在基于水平層狀介質(zhì)的共中心點(diǎn)疊加理論基礎(chǔ)之上，水平層狀介質(zhì)條件下共中心點(diǎn)道集基本能反映同一反射點(diǎn)信息，而當(dāng)下伏地層產(chǎn)狀變化時(shí)，共中心點(diǎn)道集是來(lái)自不同反射點(diǎn)信息，且地層埋藏深度越大，產(chǎn)狀變化越大，反射點(diǎn)偏差就越大，造成中深層反射點(diǎn)實(shí)際有效覆蓋次數(shù)較低，最終疊加成像能量弱、品質(zhì)差。

目前的疊前偏移處理技術(shù)可以將來(lái)自不同反射點(diǎn)的信息偏移到真實(shí)位置，但前提是需要精確的速度模型，而目前的速度模型是基于水平層狀介質(zhì)假設(shè)條件下求取得到的，其精度難以滿足要求。因此如何避開速度模型難題，增加中深層共反射點(diǎn)覆蓋次數(shù)，成為改善中深層成像品質(zhì)的重要研究方向［4］。為此，筆者提出并研發(fā)了不依賴于速度模型的多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)，該技術(shù)基于傍軸射線與菲涅耳帶理論［5］，從處理技術(shù)角度實(shí)現(xiàn)了覆蓋次數(shù)大幅增加，并在實(shí)際地震資料處理應(yīng)用中使中深層成像品質(zhì)得到了明顯改善。

1 方法原理

多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)的提出是基于傍軸射線與菲涅耳帶理論［6］。地震波的能量從激發(fā)點(diǎn)傳播到接收點(diǎn)不是沿著一根射線傳播的，而是沿著以這根射線為中心的一個(gè)鄰域傳播的，地震波能量的分布是以中心射線向兩邊逐漸衰減。根據(jù)傍軸射線理論，只要是菲涅耳帶半徑內(nèi)的地震波能量，由于其相位差不超過(guò)π／2，所以都可以同相疊加。據(jù)此提出了從共反射點(diǎn)（CRP）疊加到共反射面元（CRS）疊加的概念［7-8］。

為描述共反射面元時(shí)距曲線，即得到CRS疊加面，筆者引入了描述CRS時(shí)距曲線的3個(gè)特征波屬性參數(shù)：NIP（Normal Incident Point）波曲率半徑Rnip、Normal波曲率半徑Rn、中心零炮檢距射線在地面出射時(shí)的出射角α（圖1）。有了這3個(gè)特征波屬性參數(shù)，根據(jù)式（1）就可以得到描述R點(diǎn)處的CRS時(shí)距曲線，據(jù)此即可在疊前數(shù)據(jù)空間建立反射點(diǎn)R處的CRS疊加面，實(shí)現(xiàn)CRS疊加。

圖1 描述CRS時(shí)距曲線特征波屬性參數(shù)示意圖

圖2 三維數(shù)據(jù)空間：由一段圓弧形反射對(duì)應(yīng)的CRP軌跡組成的CRS疊加曲面（引自Hubral［6］，1999）

圖2是以常速鹽丘模型為例，展示了反射點(diǎn)R的CRP軌跡及對(duì)應(yīng)的共反射面元（圖中粗線畫出的弧段CR為關(guān)于R的共反射面元）的CRS疊加曲面，可以看出從CRP疊加到CRS疊加，其覆蓋次數(shù)得到了大幅度增加。

2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)共反射面元疊加技術(shù)相比，多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)有以下4個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

1）在屬性參數(shù)搜索方面，傳統(tǒng)CRS疊加技術(shù)是在疊后數(shù)據(jù)上進(jìn)行屬性參數(shù)搜索，處理后只能輸出疊加成像結(jié)果，不能輸出疊前道集；而多次聚焦CRS疊加技術(shù)是在疊前數(shù)據(jù)空間進(jìn)行屬性參數(shù)搜索，不僅能輸出疊加成像結(jié)果，同時(shí)也能輸出疊前道集，這樣可以為疊前偏移成像及其他特殊處理提供高品質(zhì)道集。

2）在傾角歧視方面，傳統(tǒng)CRS疊加技術(shù)在屬性參數(shù)搜索方面是以最大能量為原則，當(dāng)疊后剖面上存在2組不同角度反射波相互交叉時(shí)，能量強(qiáng)的一組反射波相對(duì)得到增強(qiáng)，而能量弱的另一組反射波則相對(duì)被壓制，因此存在著傾角歧視現(xiàn)象；而多次聚焦CRS疊加技術(shù)則在應(yīng)用過(guò)程中結(jié)合偏移和反偏移技術(shù)克服了傾角歧視問(wèn)題。

3）在描述時(shí)距曲線精度方面，傳統(tǒng)CRS疊加技術(shù)由于其特征波屬性參數(shù)是在疊后零偏移距剖面搜索得到，屬性參數(shù)所表達(dá)的時(shí)距曲線在近偏移距與實(shí)際曲線吻合得較好，但在中遠(yuǎn)偏移距時(shí)誤差會(huì)越來(lái)越大，因而其構(gòu)建的CRS疊加曲面精度不高，疊加成像品質(zhì)改善有限；而多次聚焦CRS疊加技術(shù)由于其特征波屬性參數(shù)是在疊前數(shù)據(jù)空間搜索得到，屬性參數(shù)所表達(dá)的時(shí)距曲線與實(shí)際時(shí)距曲線吻合度較好，因而其所構(gòu)建的CRS疊加面比較準(zhǔn)確，疊加后成像效果改進(jìn)明顯。

4）在輸出道集方面，傳統(tǒng)CRS疊加技術(shù)僅能輸出地震數(shù)據(jù)疊加結(jié)果；而多次聚焦CRS疊加技術(shù)則可輸出高信噪比的疊前道集，而且進(jìn)一步進(jìn)行疊前偏移成像等后續(xù)處理即可得到更高信噪比及成像精度的處理成果。

圖3為4種不同疊加成像方式結(jié)果比較，可以看出：常規(guī)CMP疊加信噪比低；傳統(tǒng)CRS疊加信噪比有所提高，但反射細(xì)節(jié)特征缺失，且存在傾角歧視現(xiàn)象；多次聚焦CRS疊加結(jié)果剖面信噪比提高明顯，且剖面細(xì)節(jié)保持較好；多次聚焦CRS疊加結(jié)合偏移和反偏移處理結(jié)果剖面信噪比不僅大幅提高，且斷面波、繞射波得到很好保持，有效克服了傾角歧視現(xiàn)象。

3 應(yīng)用效果分析

基于所研發(fā)的多次聚焦CRS疊加處理技術(shù)，在南海瓊東南盆地選擇部分中深層地震資料品質(zhì)差的靶區(qū)開展了處理應(yīng)用研究，并建立了一套適合該地區(qū)地震資料特點(diǎn)的提高中深層成像品質(zhì)的處理流程（圖4）。

圖5為瓊東南盆地某測(cè)線多次聚焦CRS疊加處理前后炮集比較，可以看到只經(jīng)過(guò)常規(guī)處理后的炮集，其中深層信噪比較低，反射信號(hào)弱；而將該炮集經(jīng)多次聚焦CRS疊加技術(shù)處理后，其中深層信噪比顯著提高，之前湮沒(méi)在噪音中的弱有效信號(hào)得到了明顯增強(qiáng)。

圖3 不同疊加成像方式比較

圖4 瓊東南盆地中深層地震成像處理技術(shù)流程

圖5 瓊東南盆地多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)處理前后炮集比較

圖6為該測(cè)線凹陷中部位置多次聚焦CRS疊加處理前后速度譜比較，處理前中深層速度譜能量團(tuán)分布雜亂，聚焦差，速度拾取困難，存在多種解釋方案；而處理后中深層有效信號(hào)得到增強(qiáng)，速度譜能量團(tuán)聚焦性好，速度易于解釋，且速度縱向變化規(guī)律與地質(zhì)特征更加吻合。圖7、8分別為該測(cè)線應(yīng)用多次聚焦CRS技術(shù)處理前后疊加剖面和偏移剖面的比較，處理前均表現(xiàn)為中深層信噪比低，有效信號(hào)弱，地層凹陷內(nèi)幕結(jié)構(gòu)不清楚；而處理后中深層信噪比大幅度提高，弱反射信號(hào)得到顯著增強(qiáng)，凹陷右側(cè)5.0～6.5 s之間模糊帶區(qū)域出現(xiàn)清晰反射，地震資料品質(zhì)明顯改善。

圖6 瓊東南盆地多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)處理前后速度譜比較

圖7 瓊東南盆地多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)處理前后疊加剖面比較

圖8 瓊東南盆地多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)處理前后偏移剖面比較

4 結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)共反射面元疊加技術(shù)一樣，多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)相對(duì)于常規(guī)CMP疊加，都是基于共反射面元的觀點(diǎn)，在室內(nèi)處理方面實(shí)現(xiàn)了大幅度增加地下反射點(diǎn)的覆蓋次數(shù)；但同傳統(tǒng)共反射面元疊加技術(shù)相比，多次聚焦共反射面元疊加技術(shù)又有其優(yōu)勢(shì)，可在疊前數(shù)據(jù)空間進(jìn)行屬性搜索，構(gòu)建的時(shí)距曲線與實(shí)際曲線吻合度更高，并有效地克服了傳統(tǒng)共反射面元疊加技術(shù)的傾角歧視問(wèn)題，可為疊前偏移成像及其他特殊處理提供高品質(zhì)的疊前道集。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)針對(duì)靶區(qū)的地震地質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)最優(yōu)的采集方案，采集到來(lái)自地下的反射信號(hào)，這樣后期處理才有可能進(jìn)一步提高地震反射品質(zhì)。

［1］ 李緒宣，于更新，符力耘，等．應(yīng)用邊界元模擬方法分析復(fù)雜海底地震散射特征［J］．中國(guó)海上油氣，2011，23（6）：357-361．

［2］ 李緒宣，溫書亮，尹成．深水崎嶇海底區(qū)不同采集方向地震波照明能量分布特征研究［J］．中國(guó)海上油氣，2010，22（2）：73-76．

［3］ 莊祖垠，陳繼宗，王征，等．深水地震資料特征及相關(guān)處理技術(shù)探析［J］．中國(guó)海上油氣，2011，23（1）：26-31．

［4］ 李林，黃安敏，李添才，等．南海西部深水區(qū)二維疊前地震成像方法應(yīng)用研究［J］．中國(guó)海上油氣，2011，23（5）：299-302．

［5］ 高博禹，孫立春，胡光義，等．基于砂控地質(zhì)建模和Montecarlo模擬的儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法［J］．中國(guó)海上油氣，2009，21（2）：109-112．

［6］ HUBRAL P，SCHLEICHER J，TYGEL M．A unified approach to 3-D seismic reflection imaging，Part I：Basic concepts［J］．Geophysics，1996，61：742-758．

［7］ 楊鍇，馬在田．輸出道成像方式的共反射面元疊加方法I：理論［J］．地球物理學(xué)報(bào)，2006，49（2）：546-553．

［8］ BAYKULOV M，GAJEWSKI D．Prestack seismic data enhancement with partial common-reflection-surface（CRS）stack［J］．Geophysics，2009，74（3）：49-58．

A technique to stack multi-focusing CRB imaged in medium-deep intervals and its application

Wang Xiaojiang1Chen Baoshu1zhang Jinmiao1Yang Kai2
（1.CNOOC Research Institute，Beijing，100027；2.Tongji University，Shanghai，200092）

In consideration of the problems of seismic data in medium-deep intervals，such as low illumination，weak reflection signal and poor S／N ratio，a technique to stack multi-focusing CRB（commom reflection bin）was presented and developed on a basis of the paraxial ray and Fresnel zone theory．During in-house processing of seismic data，this technique can greatly increase coverage folds，effectively enhance weak reflection energy and improve S／N ratio and data quality of commom reflection points in subsurface，especially in medium-deep intervals．Its application results have shown that the technique is superior in many respects，such as attribute searching，dip discrimination，time plot precision of middle-far offset and whether outputting pre-stack gathers，to the conventional technique to stack CRB．Therefore，it has resulted in good effects during processing deep water seismic data in Qiongdongnan Basin．

medium-deep interval；multi-focusing CRB stack；technique advantage；application effect；deep water area in Qiongdong nan Basin

2013-01-11改回日期：2013-04-29

（編輯：周雯雯）

*國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“南海北部深水區(qū)復(fù)雜地貌及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地震采集、處理、解釋方案及參數(shù)優(yōu)化研究（編號(hào)：2008zX05025-001）”部分研究成果。

汪小將，男，高級(jí)工程師，1997年畢業(yè)于原長(zhǎng)春科技大學(xué)應(yīng)用地球物理專業(yè)，長(zhǎng)期從事地震數(shù)據(jù)處理研究工作。地址：北京市東城區(qū)東直門外小街6號(hào)海油大廈（郵編：100027）。