黏聲介質(zhì)平面波有限差分疊前深度偏移及在鶯歌海盆地的應(yīng)用

李添才，謝玉洪，李列，王華忠，王新領(lǐng)，但志偉，胡江濤

1吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026

2中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)物探技術(shù)研究所，廣東湛江 524057

3

中海油湛江分公司，廣東湛江 524057

4同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200092

1 引言

在鶯歌海勘探區(qū)塊內(nèi)，底劈等現(xiàn)象導(dǎo)致的地層氣上溢形成成像模糊帶.其中原因既包括氣體充填砂巖層導(dǎo)致波阻抗差變小，也存在氣體充溢地層中導(dǎo)致的強(qiáng)吸收衰減.前者需進(jìn)行多波勘探解決；后者需考慮用各種方法來(lái)補(bǔ)償含氣地層對(duì)地震波的吸收衰減效應(yīng).

目前，最常用的地震波吸收衰減補(bǔ)償方法有Q反褶積方法和黏聲介質(zhì)疊前深度偏移方法.前者是針對(duì)零偏移距地震道（或疊后數(shù)據(jù)）進(jìn)行的，后者是針對(duì)Q值空變且沿波傳播路徑進(jìn)行吸收衰減補(bǔ)償?shù)?

反褶積是常規(guī)地震數(shù)據(jù)處理中提高地震記錄分辨率的常用方法.最佳維納濾波是常規(guī)的反褶積方法，是在最小平方意義下求最優(yōu)解.但是，它是基于時(shí)不變理論假設(shè)進(jìn)行的.地震波在地下介質(zhì)傳播時(shí)，其子波波形是時(shí)變的.在吸收衰減嚴(yán)重的地區(qū)，一般的維納反褶積方法很難取得理想的效果.目前尚沒(méi)有一個(gè)完善的理論來(lái)精確描述地下介質(zhì)對(duì)地震波的吸收衰減作用.Futterman（1962）提出了基于線性吸收理論的常數(shù)Q介質(zhì)模型.Kjartansson（1979）引入了與頻率相關(guān)的復(fù)模量，對(duì)地震波線性吸收模型進(jìn)行了完善.在這種模型中，吸收與頻率的某一函數(shù)次冪成比例關(guān)系，較好地體現(xiàn)了地震波吸收與衰減過(guò)程中的因果性原則.Wang（2002，2008）通過(guò)子波數(shù)值試驗(yàn)對(duì)地震波衰減和反Q濾波補(bǔ)償問(wèn)題進(jìn)行了研究，并用VSP下行波場(chǎng)得出的Q值作用于地表數(shù)據(jù)以提高分辨率.Chopra（2003）提出高頻恢復(fù)（HFR）方法，使用 Wiener整形濾波器，從VSP記錄求取描述地層吸收效應(yīng)的反濾波算子，將其作用于疊加數(shù)據(jù)以提高疊加剖面的分辨率.Van der Baan（2012）提出的時(shí)變 Wiener濾波也可以實(shí)現(xiàn)與反Q濾波一樣的吸收衰減補(bǔ)償效果.任浩然等（2007）提出了在CMP道集中沿均方根速度定義的射線路徑進(jìn)行Q補(bǔ)償?shù)姆椒?，改進(jìn)了對(duì)零偏移距地震道進(jìn)行Q補(bǔ)償?shù)牟蛔?單道反Q濾波有其簡(jiǎn)單，改善處理后的子波特性等優(yōu)點(diǎn).但是，地震波的吸收衰減是沿著傳播路徑進(jìn)行的，因此更好的補(bǔ)償方法是基于黏聲介質(zhì)（甚至黏彈介質(zhì)）中的疊前深度偏移方法.

Mittet等（1995）提出在頻率空間域利用MeClellan變換進(jìn)行黏聲介質(zhì)中的疊前深度偏移.用MeClellan變換進(jìn)行黏聲介質(zhì)中的疊前深度偏移使得計(jì)算量變大.事實(shí)上，頻率空間域的三維有限差分法是更為高效和精確的算法.螺旋坐標(biāo)系下的三維有限差分方程求解更進(jìn)一步加快了計(jì)算的效率.Wang等（2004）實(shí)現(xiàn)了單炮道集的黏聲介質(zhì)疊前深度偏移成像.

針對(duì)鶯歌海探區(qū)的實(shí)際情況，本文提出黏聲介質(zhì)平面波有限差分法疊前深度偏移成像方法.黏聲介質(zhì)成像目的是補(bǔ)償?shù)卣鸩ǖ奈账p；采用平面波偏移方式是為了適應(yīng)海上單炮數(shù)量巨大，提高波動(dòng)方程偏移效率；有限差分法偏移是為了適應(yīng)氣云區(qū)域內(nèi)外Q值的空間變化劇烈.在鶯歌海某探區(qū)的實(shí)際數(shù)據(jù)上的疊前深度偏移試驗(yàn)表明，本方法是改善模糊區(qū)成像質(zhì)量的一種較為有效的途徑.

2 鶯歌海探區(qū)地震成像模糊區(qū)的地震地質(zhì)認(rèn)識(shí)

鶯歌海地區(qū)油氣地震勘探遇到的首要問(wèn)題就是模糊區(qū)成像問(wèn)題.出現(xiàn)模糊區(qū)的原因應(yīng)該從該區(qū)地質(zhì)問(wèn)題中進(jìn)行分析.模糊區(qū)域大多出現(xiàn)在天然氣上溢充填上覆地層的區(qū)域.通常該區(qū)域的含氣層密度小、成巖差，而上覆地層密度大、成巖較好.由于重力作用和高溫高壓作用，上覆地層向下運(yùn)移，氣層透過(guò)裂隙向上運(yùn)移.這種相互滲透作用的結(jié)果是上覆地層中由于氣體充溢導(dǎo)致縱波速度變小、密度變小、波阻抗變小.由于噪音水平是不變的，而信號(hào)強(qiáng)度變?nèi)酰úㄗ杩棺內(nèi)酰?，這就導(dǎo)致該區(qū)成像剖面上信噪比通常較低.同時(shí)，由于氣層通常為強(qiáng)的非彈性吸收衰減層，地震波在穿過(guò)該區(qū)域時(shí)能量被嚴(yán)重衰減，這同樣導(dǎo)致了成像剖面上目標(biāo)層能量非常弱.因此，在成像過(guò)程中最好能夠考慮地震波的吸收衰減補(bǔ)償.

上面分析的主要是地質(zhì)因素所造成的成像問(wèn)題，為了更好地進(jìn)行成像，從成像技術(shù)本身也需要尋找原因.影響成像質(zhì)量的三大要素為：數(shù)據(jù)、參數(shù)（速度，各向異性及品質(zhì)因子等）和偏移算法.理想的數(shù)據(jù)應(yīng)該是均勻覆蓋的全方位高密度無(wú)假頻的地震數(shù)據(jù)，通常海上數(shù)據(jù)無(wú)法滿足上述要求，那么只能通過(guò)數(shù)據(jù)規(guī)則化來(lái)盡量得到一個(gè)合適的數(shù)據(jù).參數(shù)的合理性是影響成像的核心問(wèn)題，而參數(shù)重要性的主次可以分為速度、各向異性及品質(zhì)因子.速度和各向異性因子主要影響地震波的走時(shí)，走時(shí)正確才能實(shí)現(xiàn)同相軸的同相疊加.而品質(zhì)因子則主要影響地震波的振幅和地震子波的形態(tài)，利用品質(zhì)因子進(jìn)行的吸收衰減補(bǔ)償可以改善介質(zhì)非彈性吸收衰減帶來(lái)的振幅和相位畸變問(wèn)題.

該區(qū)域的沉積是比較穩(wěn)定的，后期構(gòu)造改造作用并不強(qiáng)烈，因此構(gòu)造以平緩的反射層為主.由于氣層穿透上覆地層，導(dǎo)致上覆地層速度降低是普遍的現(xiàn)象.但是氣體穿透區(qū)域通常較小，這就表明即使同一套地層由于氣層的穿透也存在強(qiáng)的速度變化和Q值的空間變化.另一方面，多方位窄纜觀測(cè)或?qū)挿轿挥^測(cè)有利于改善模糊區(qū)的成像.同時(shí)，穩(wěn)定的沉積層有利于通過(guò)橫向?qū)Ρ冉⒈容^好的偏移速度場(chǎng)，減弱模糊區(qū)內(nèi)地震數(shù)據(jù)信噪比低帶來(lái)的偏移速度估計(jì)的難度.由于穿透區(qū)域存在較多的裂隙作為氣的通道，因此存在裂隙誘導(dǎo)的各向異性，偏移算法的選擇方面需要考慮上述因素.能同時(shí)適應(yīng)橫向變速、（至少）VTI介質(zhì)和吸收衰減情形的、高效率的成像方法是該區(qū)成像方法的基本選擇.

3 地震波吸收衰減機(jī)制

目前使用的描述波傳播的聲波方程和彈性波方程都假定地震波在絕熱介質(zhì)中傳播.即，波動(dòng)一旦由某個(gè)特定震源產(chǎn)生，便將無(wú)限地延續(xù)下去.因此，隨著波從震源區(qū)向外擴(kuò)散，波動(dòng)可以在空間上衰減，但質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的總能量卻保持為常數(shù).

地震波在真實(shí)介質(zhì)中的傳播與其在上述理想介質(zhì)中的傳播有很大不同.此時(shí)，地震波振幅會(huì)有除幾何擴(kuò)散因素之外的衰減，還會(huì)伴隨著色散（即頻散）現(xiàn)象的發(fā)生，造成頻譜成分的改變，使地震波波形發(fā)生改變.真實(shí)介質(zhì)中地震波的這種吸收與色散特性是與巖層的物質(zhì)組成、飽和度、孔隙率等物理?xiàng)l件密切相關(guān)的，這種吸收與衰減的總體效應(yīng)可以通過(guò)無(wú)量綱量——介質(zhì)的品質(zhì)因子Q來(lái)描述.其定義如下：

其中E是原波動(dòng)體系內(nèi)積存的總能量；ΔE是每個(gè)周期內(nèi)因介質(zhì)的非完全彈性因素而造成的能量損耗.

然而，上述定義對(duì)計(jì)算沒(méi)有多大用處.實(shí)際應(yīng)用中，我們常觀測(cè)：（1）在固定波數(shù)的駐波中振幅隨時(shí)間的變化；（2）在固定頻率的行波中振幅隨空間的衰減.

大量實(shí)際資料證明，真實(shí)介質(zhì)對(duì)地震波的這種吸收是符合線性吸收機(jī)制的.也就是說(shuō)，波可以分解成它的Fourier分量，每個(gè)分量可用（1）或（2）定義的方式進(jìn)行研究，而隨后的Fourier分量合成，給出衰減對(duì)實(shí)際地震信號(hào)的正確影響.

在（1）或（2）定義的觀測(cè)情況下，對(duì)于具有線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的介質(zhì)，波振幅A與成比例.因此，（1）式可改寫(xiě)為

（2）式的解為

據(jù)此，可根據(jù)對(duì)指數(shù)衰減的振幅A（t）的觀測(cè)來(lái)定義時(shí)間域的品質(zhì)因子Q值.

同樣地，其指數(shù)衰減的解為：

據(jù)此，可根據(jù)對(duì)指數(shù)衰減的振幅A（x）的觀測(cè)來(lái)定義空間域的品質(zhì)因子Q值.

應(yīng)注意，為求衰減對(duì)一個(gè)波動(dòng)解的影響，時(shí)間域中Q值對(duì)波傳播的影響可看作是用復(fù)角頻率代替實(shí)角頻率ω；空間域中Q值對(duì)波傳播的影響可看作是用復(fù)波數(shù)代替實(shí)波數(shù)k.在第一種情況下，要求復(fù)角頻率ω有虛部在第二種情況下，要求復(fù)波數(shù)k有虛部

由于真實(shí)介質(zhì)的復(fù)雜性，真實(shí)介質(zhì)的黏滯特性表現(xiàn)出來(lái)的對(duì)地震波的吸收與衰減效應(yīng)很難用一個(gè)數(shù)學(xué)物理模型來(lái)描述.Ursin（CWP408）對(duì)比了八種不同的描述地震波吸收衰減效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型.譬如K-F模型和K-J模型.對(duì)八種模型進(jìn)行了歸類.指出K-F模型和K-J模型的吸收衰減和頻散曲線是非常類似的，可以歸為一類.這兩種模型在勘探地震學(xué)的吸收衰減補(bǔ)償中是最常用的.

K-J模型（或Kjartansson模型）的數(shù)學(xué)表達(dá)式為（Kjartansson，1977）：

其中，v0代表參考速度，一般取聲波速度；ω0表示參考頻率，一般取為主頻；v代表與頻率相關(guān)的相速度；α為振幅衰減因子；γ為損耗角.

可見(jiàn)，若已知品質(zhì)因子Q的分布情況（多設(shè)為水平層狀模型），則可以給出（6d）式定義的復(fù)波數(shù)，地震波在空間中傳播的吸收衰減情況可以得到描述.

吸收衰減介質(zhì)中的波傳播是不可逆的.表現(xiàn)在數(shù)學(xué)模型中就是吸收衰減補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果是不唯一的.這種觀點(diǎn)很多文獻(xiàn)上都提及過(guò).目前用K-J模型進(jìn)行的吸收衰減補(bǔ)償是勘探地震中常用的.它的效果是明顯的.但是，沒(méi)有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)物理定理保證吸收衰減補(bǔ)償?shù)慕^對(duì)合理性.一般地，還是用反Q濾波的效果、吸收衰減補(bǔ)償PSDM效果來(lái)判斷吸收衰減補(bǔ)償是否合適.所做的基于K-J模型的很多數(shù)值試驗(yàn)說(shuō)明了當(dāng)Q值不是很?。ㄐ∮?5），正傳播和補(bǔ)償結(jié)果基本一致.但這只是基于K-J模型的很多數(shù)值試驗(yàn)，與實(shí)際問(wèn)題存在差異.

另外，需要說(shuō)明的是散射體引起的地震波散射現(xiàn)象也會(huì)改變觀測(cè)到的地震波的振幅衰減與相位改變.Doherty和Anstey（1971）指出地震波穿過(guò)細(xì)層疊合地層時(shí)會(huì)發(fā)生地層濾波作用，導(dǎo)致地震波的振幅發(fā)生衰減，相位發(fā)生變化，而且它們是隨偏移距不同而不同的.

但是，這兩種現(xiàn)象引起的地震波振幅衰減和相位改變是很難區(qū)分的.因此，實(shí)際上我們用地震波振幅衰減估計(jì)出的Q值應(yīng)該是兩種效應(yīng)的等效Q值.

4 平面波疊前深度偏移

4.1 平面波分解

采用平面波偏移的方式是出于計(jì)算效率的考慮，因?yàn)楹Ｉ蠑?shù)據(jù)的單炮道集數(shù)量巨大.平面波偏移本質(zhì)上是對(duì)炮道集進(jìn)行線性編碼（Hu et al.，2011），產(chǎn)生平面波數(shù)據(jù).

震源平面波合成的公式可以表示為

其中，U（sx，sy；x，y；z=0；ω）代表炮點(diǎn)處的波場(chǎng)，（sx，sy）為炮點(diǎn)坐標(biāo)；Up（psx，psy；x，y；z=0；ω）為合成出的震源平面波場(chǎng).（psx，psy）代表震源波場(chǎng)的射線參數(shù).同樣地，可以合成出接收的平面波場(chǎng).

由（7）式可以看出，平面波偏移過(guò)程是利用所有炮集數(shù)據(jù)合成由射線參數(shù)規(guī)定的不同方向的平面波數(shù)據(jù)，然后對(duì)這些平面波場(chǎng)進(jìn)行疊前深度偏移.平面波數(shù)據(jù)的數(shù)目由射線參數(shù) （px，py）的個(gè)數(shù)決定.這樣平面波偏移的計(jì)算效率可以表示為單個(gè)平面波場(chǎng)數(shù)據(jù)偏移的時(shí)間乘以平面波數(shù)據(jù)的數(shù)目.而普通單炮道集偏移的計(jì)算效率為單炮道集偏移時(shí)間乘以單炮數(shù)量.海上觀測(cè)通常有海量的單炮道集，采用平面波編碼后合成平面波炮集的數(shù)量較少，這將會(huì)大大提高偏移的效率.Hu等（2011）詳細(xì)討論了利用編碼技術(shù)進(jìn)行多炮道集同時(shí)偏移的方法技術(shù)；Feng等（2009）討論了如何得到更高質(zhì)量的平面波數(shù)據(jù).

4.2 平面波疊前深度偏移

從偏移成像過(guò)程看，單炮道集的疊前深度偏移和合成平面波炮集的疊前深度偏移是完全一樣的，不同之處在于輸入數(shù)據(jù).合成平面波炮集的偏移也涉及到炮點(diǎn)波場(chǎng)外推和檢波點(diǎn)波場(chǎng)外推，然后進(jìn)行兩外推波場(chǎng)的相關(guān)得到成像結(jié)果.炮點(diǎn)波場(chǎng)外推部分的輸入為平面波震源（人為定義平面波源是非常簡(jiǎn)單的，與（7）式相同）；檢波點(diǎn)波場(chǎng)外推部分的輸入為合成的平面波數(shù)據(jù)（由（7）式定義）.波場(chǎng)外推后的成像條件依然是下行波場(chǎng)與上行波場(chǎng)在成像點(diǎn)處進(jìn)行相關(guān).由于射線參數(shù)規(guī)定了平面波方向，射線參數(shù)是已知的，因此生成射線參數(shù)道集是非常簡(jiǎn)單的，射線參數(shù)道集類似于某種角度道集.由于射線參數(shù)與入射角度之間受速度的影響，該道集不完全等價(jià)于角度道集.在用射線參數(shù)道集進(jìn)行剩余速度估計(jì)時(shí)，需注意此差別.射線參數(shù)道集有特定的剩余速度估計(jì)公式.Stoffa等（2006）對(duì)平面波深度偏移有全面的總結(jié).此處我們簡(jiǎn)單列出平面波疊前深度偏移的幾個(gè)核心公式.

震源波場(chǎng)外推可以表示為

其中，w+［px，py；x，y，z；ω；v（x，y，z）］ 為某一類波場(chǎng)外推算子.本文中我們用單向波沿深度外推.USP（px，py；x，y，z；ω）為炮點(diǎn)平面波場(chǎng).（px，py）規(guī)定平面波方向，（x，y）規(guī)定橫向展布范圍，z代表某一深度上的波場(chǎng).ω為角頻率.

檢波點(diǎn)處波場(chǎng)外推公式為

公式中各量的含義與（8a）式類似，不再贅述.沿深度外推后的成像公式為

其中，I（px，py；x，y，z+Δz）為未疊加的成像結(jié)果.（9a）式右端項(xiàng)對(duì)頻率成分的求和可以僅對(duì)正頻率進(jìn)行.

成像道集的形成可以寫(xiě)成

（9b）式為方位射線參數(shù)道集.實(shí)際情況下，我們僅僅沿某一方位角輸出成像道集，譬如沿in-line方向形成成像道集.本文中的成像道集就是該式定義的，它是射線參數(shù)標(biāo)示的道集，用來(lái)進(jìn)行偏移速度分析.

5 黏聲介質(zhì)中有限差分法平面波疊前深度偏移算法

本文的核心思想在于在波傳播過(guò)程中對(duì)介質(zhì)的非彈性吸收衰減現(xiàn)象進(jìn)行補(bǔ)償，因此首先引出黏聲介質(zhì)中的波場(chǎng)外推方程.

聲介質(zhì)中單向波外推方程在頻率空間域的表達(dá)形式如下：

其中kω=ω／v，?2x=?2／?x2，?2y=?2／?y2.

黏聲介質(zhì)中單向波外推方程在頻率空間域的表達(dá)形式如下：

其表達(dá)形式與聲介質(zhì)中單向波外推方程在頻率空間域的表達(dá)形式一致，但是波數(shù)k由實(shí)數(shù)變?yōu)榱藦?fù)數(shù).復(fù)波數(shù)kcω的表達(dá)形式有很多，不同的吸收衰減數(shù)學(xué)模型可以定義不同的復(fù)波數(shù).此處，我們應(yīng)用Kjartansson（1979）模型來(lái)表征吸收衰減模式，

各量的具體含義見(jiàn)（6）式的定義.公式（11）采用有限差分進(jìn)行求解（Wang，2004；張立彬和王華忠，2010）.

由于波場(chǎng)外推公式是線性的，而平面波分解也是線性變換，所以可以利用波場(chǎng)外推算子直接外推合成的平面波道集，然后利用（9）式對(duì)外推后的結(jié)果成像，就完成了本文定義的黏聲介質(zhì)平面波疊前深度偏移.

關(guān)于吸收衰減補(bǔ)償?shù)目刂疲覀冏隽巳齻€(gè)方面的處理，一是由于使用平面波偏移，僅對(duì)接收波場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償處理，但是按雙程傳播效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償；二是可以僅對(duì)相位進(jìn)行補(bǔ)償，此時(shí)令（12）式中的衰減因子α=0；三是對(duì)振幅衰減和相位變化同時(shí)補(bǔ)償，但控制因素考慮波場(chǎng)延拓深度（補(bǔ)償效應(yīng)是深度累積的）、高截止頻率（高頻補(bǔ)償多，從（6c）式可以看出）、目標(biāo)層的信噪比（把補(bǔ)償后的信噪比控制在一定范圍內(nèi)）.

6 鶯歌海地區(qū)的應(yīng)用實(shí)例

為了充分說(shuō)明黏聲波偏移成像的必要性，我們?cè)O(shè)計(jì)如下的模型，及相應(yīng)的數(shù)值試驗(yàn).由于底劈現(xiàn)象引起的成像模糊由多種因素共同決定，本文側(cè)重解決由于含氣導(dǎo)致的地震波非彈性吸收衰減.因此試驗(yàn)設(shè)計(jì)的模型是與該區(qū)域?qū)嶋H地質(zhì)模型相類似的模型，其速度模型和Q模型如圖1所示.由于含氣區(qū)域通常具有空間分布局域性，因此模型的Q模型僅在設(shè)計(jì)的含氣區(qū)域存在較小的品質(zhì)因子（吸收嚴(yán)重），而其他區(qū)域品質(zhì)因子較大（不吸收）.正演所用的觀測(cè)系統(tǒng)為：96炮；炮間隔：50m；道間隔：10m；震源函數(shù)為20Hz主頻的Ricker子波.

圖1 （a）速度模型與（b）品質(zhì)因子模型Fig.1 Velocity model（a）and Qmodel（b）

正演中分別模擬了聲波數(shù)據(jù)（無(wú)吸收衰減）和黏聲波數(shù)據(jù)（有吸收衰減）.圖2為聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行聲波偏移的結(jié)果，該結(jié)果可作為理想的參照結(jié)果.圖3為黏聲波模擬數(shù)據(jù)采用聲波偏移算法得到的結(jié)果，由圖可以看出，含氣區(qū)域下邊界及以下區(qū)域存在嚴(yán)重的能量衰減，分辨率也有所下降.由此導(dǎo)致下覆地層振幅出現(xiàn)畸變，同相軸連續(xù)性變差.圖4為本文方法結(jié)果（黏聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行黏聲波偏移），由圖可以看出，由于含氣區(qū)域?qū)е碌哪芰课蘸头直媛氏陆档玫搅撕芎玫匮a(bǔ)償，同相軸連續(xù)性和能量一致性得到了很好地恢復(fù).圖5為三個(gè)偏移結(jié)果在不同CDP點(diǎn)處的成像結(jié)果對(duì)比，由此可以看出，在含氣區(qū)域外部，三者成像結(jié)果相當(dāng)；而在含氣區(qū)域，黏聲波數(shù)據(jù)采用聲波偏移的結(jié)果振幅具有嚴(yán)重的衰減，這將影響地震地質(zhì)解釋結(jié)果，而本文方法能夠較好地補(bǔ)償吸收衰減使得成像結(jié)果與無(wú)衰減情況下成像質(zhì)量相當(dāng).因此，可以看出本文方法可以作為解決該地區(qū)存在的吸收衰減問(wèn)題的合適的手段使用.

分析鶯歌海某探區(qū)的聲介質(zhì)偏移成像結(jié)果可以看出成像模糊帶分布在局部范圍內(nèi)，速度的橫向變化也比較大.再考慮到海上數(shù)據(jù)單炮道集數(shù)量大，我們?cè)O(shè)計(jì)了黏聲介質(zhì)有限差分法平面波疊前深度偏移成像方法和程序，對(duì)該探區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊前深度偏移成像處理.

偏移成像所用參數(shù)如表1.

表1 實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)試所用的偏移成像參數(shù)列表Table 1 Migration parameter of the field data

圖6是使用聲介質(zhì)三維平面波有限差分疊前深度偏移（圖6a）與使用黏聲介質(zhì)三維平面波有限差分疊前深度偏移結(jié)果（圖6b）的對(duì)比.由圖可以看出，使用黏聲介質(zhì)三維平面波有限差分疊前深度偏移的成像剖面上的能量比使用聲介質(zhì)三維平面波有限差分疊前深度偏移的成像剖面上的能量得到了顯著增強(qiáng)，同相軸能量的一致性也得到了提高.

圖7是本次偏移所使用的Q模型示意圖，由于淺層氣吸收衰減嚴(yán)重且分布具有空間局域性，所以Q值僅在氣云區(qū)較?。ㄎ諊?yán)重），氣云區(qū)外比較大（吸收較弱）.由圖6可以看出只有波路徑穿過(guò)該含氣區(qū)域的能量得到了補(bǔ)償.圖8中對(duì)應(yīng)的不同位置的成像道集也說(shuō)明了氣云區(qū)考慮吸收衰減補(bǔ)償后成像效果的改進(jìn).

圖2 聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行聲波偏移結(jié)果Fig.2 Acoustic migration result of acoustic data

圖3 黏聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行聲波偏移的結(jié)果Fig.3 Acoustic migration result of visco-acoustic data

圖4 黏聲波數(shù)據(jù)采用黏聲波偏移的結(jié)果Fig.4 Visco-acoustic migration result of visco-acoustic data

Q值的估計(jì)，目前主要有用于單道的疊后和疊前數(shù)據(jù)上的質(zhì)心平移法（Quan and Harris，1997）和利用地震波振幅衰減的層析成像方法（Reine et al.，2012a，2012b；Cavalca et al.，2011）.也可以用測(cè)井信息來(lái)估計(jì)Q值.圖7所示的Q模型是綜合質(zhì)心平移方法和該區(qū)巖石物理資料相結(jié)合建立的.從方法技術(shù)上講，把質(zhì)心平移方法和層析成像方法結(jié)合在一起是合適的方向.

圖8為利用公式（9）得到的聲介質(zhì)和黏聲介質(zhì)中的地表炮域平面波成像道集對(duì)比.從圖中可以看出使用黏聲介質(zhì)中的三維平面波有限差分疊前深度偏移成像道集能量得到了顯著提升，模糊區(qū)的成像得到了一定程度的改善.

圖5 不同CDP點(diǎn)處成像結(jié)果對(duì)比Fig.5 Migration results comparison at different CDP location

因此，對(duì)鶯歌海地區(qū)成像模糊帶而言，首先應(yīng)該用疊前深度偏移成像方法產(chǎn)生道集，基于此建立比較精確的層速度場(chǎng).在此基礎(chǔ)上，考慮Q值引起的吸收衰減補(bǔ)償.另一方面，由于拖纜長(zhǎng)度普遍很長(zhǎng)，尺度各向異性也要初步引入疊前深度偏移成像過(guò)程中，得到的模糊區(qū)的成像質(zhì)量才會(huì)有質(zhì)的提高.

7 結(jié)論與討論

由于氣體的上溢或淺層氣的存在，成像存在模糊區(qū)的現(xiàn)象在鶯歌海很多探區(qū)普遍存在.利用黏聲介質(zhì)疊前深度偏移進(jìn)行吸收衰減補(bǔ)償?shù)某上袷且环N有效的改善模糊區(qū)成像的方法技術(shù).

圖6 （a）聲介質(zhì)與（b）黏聲介質(zhì)中疊前深度偏移結(jié)果對(duì)比Fig.6 Results comparison between（a）Acoustic and（b）Visco-acoustic migration

圖7 Q模型分布圖Fig.7 Qmodel

圖8 （a）聲介質(zhì)與（b）黏聲介質(zhì)成像道集對(duì)比Fig.8 Imaging gathers comparison between（a）Acoustic and（b）Visco-acoustic migration

模糊區(qū)成像質(zhì)量的改善，首先是偏移速度的更精確獲取.在此基礎(chǔ)上，吸收衰減補(bǔ)償?shù)男Ч拍馨l(fā)揮出來(lái).品質(zhì)因子Q的準(zhǔn)確性遠(yuǎn)不及偏移速度的準(zhǔn)確性那么重要，可以把它視為一個(gè)偏移參數(shù).參數(shù)的好壞是可以按照成像的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定.當(dāng)然，估計(jì)準(zhǔn)確的Q值也是必要的.我們認(rèn)為準(zhǔn)確的Q值可以用來(lái)指示氣藏的存在及豐度.

針對(duì)海上數(shù)據(jù)，要選擇合適的偏移成像方法.首先要考慮偏移成像的效率.對(duì)于疊前深度偏移，陸上數(shù)據(jù)合適的單炮道集偏移在海上可能是不合適的，炮集數(shù)目巨大.炮集編碼的疊前深度偏移成像方法可以大大提高深度偏移計(jì)算效率，對(duì)海上數(shù)據(jù)而言是合適的.但炮集編碼疊前深度偏移方案設(shè)計(jì)不好會(huì)產(chǎn)生較為明顯的成像噪音.平面波偏移也是一種炮集編碼的疊前深度偏移方法.我們選擇用平面波偏移就是基于這樣的考慮.平面波采樣比較合適時(shí)，成像噪音可以控制在很低的水平.

另一方面，由于南海地區(qū)成像模糊區(qū)是局部的，說(shuō)明Q值的空間變化很強(qiáng)，必須選擇有限差分法的偏移技術(shù)來(lái)適應(yīng)Q的橫向變換，而SSF（分裂步Fourier方法）、FFD（Fourier有限差分法）和廣義屏等方法都不太適合用在鶯歌海模糊區(qū)成像.

我們相信模糊區(qū)成像質(zhì)量是可以較大幅度提高的，主要是考慮寬方位數(shù)據(jù)對(duì)模糊區(qū)反射層的充分照明；較精確的偏移速度、介質(zhì)各向異性參數(shù)估計(jì)及Q值的估計(jì)，和吸收衰減；選擇能同時(shí)適應(yīng)橫向變速、（至少）VTI介質(zhì)和吸收衰減情形的、高效率的成像方法.

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