逆時偏移技術(shù)在饒陽凹陷變質(zhì)巖成像研究中的應(yīng)用

杜喜善，王博雅，魏 濤，胡金寬，張紅文，周興海，葉秋焱

(中國石油華北油田公司 地球物理勘探研究院，河北 任丘 062550)

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逆時偏移技術(shù)在饒陽凹陷變質(zhì)巖成像研究中的應(yīng)用

杜喜善，王博雅，魏 濤，胡金寬，張紅文，周興海，葉秋焱

(中國石油華北油田公司 地球物理勘探研究院，河北 任丘 062550)

變質(zhì)巖區(qū)塊位于饒陽凹陷東部陡帶，斷裂發(fā)育，現(xiàn)有地震剖面顯示斷層位置不清，斷點模糊，斷裂組合情況不明，地質(zhì)結(jié)構(gòu)難以落實。為剖析研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，理順斷裂組合，在高精度的疊前道集數(shù)據(jù)上，經(jīng)精細速度建模和參數(shù)試驗，利用逆時偏移技術(shù)對本區(qū)地震資料進行成像研究，取得了良好的應(yīng)用效果，目的層信噪比、分辨率明顯提高，構(gòu)造特征更符合地質(zhì)規(guī)律，為后續(xù)研究提供了可靠的依據(jù)。

疊前深度偏移；逆時偏移；饒陽凹陷；變質(zhì)巖成像

1 引 言

近年來，油氣勘探發(fā)展對地震資料處理提出了更高的要求，而逆時偏移技術(shù)由于具有相位準確，成像精度高，對介質(zhì)橫向速度變化和高陡傾角適應(yīng)性強，甚至可以利用回轉(zhuǎn)波、多次波正確成像等優(yōu)點[1,2]，一直備受國內(nèi)外學者們的青睞。前人做了大量的多方面理論研究：①逆時偏移延拓算法[3,4]研究,有差分方程推導(dǎo)、邊界偽反射壓制、數(shù)值頻散壓制等；②邊界條件[5-9]研究，包括隨機邊界條件和吸收邊界條件，而PML(完全匹配層，Perfectly Matched Layer)是一種最常用的吸收邊界條件；③成像條件[10-12]研究,有互相關(guān)成像條件和激勵時間成像條件等，徐興榮等(2012)提出了基于波場分離理論的逆時偏移成像條件[11]；④存儲策略[9,13]研究；⑤逆時偏移并行算法[14,15]研究等。

在前人的理論研究基礎(chǔ)上，本文從實踐角度出發(fā)，將逆時偏移技術(shù)應(yīng)用于構(gòu)造復(fù)雜的饒陽凹陷變質(zhì)巖區(qū)塊作成像研究，以改善現(xiàn)有地震資料品質(zhì)，提高成像精度，為地震解釋和地質(zhì)研究提供真實依據(jù)，搞清本區(qū)構(gòu)造結(jié)構(gòu)，落實斷裂組合情況。

2 研究區(qū)概況

饒陽凹陷變質(zhì)巖河間潛山構(gòu)造帶隸屬于東部陡帶，受留路—河間基底大斷層控制，在大斷層上升盤形成隆升帶，潛山斷層下降盤為河間主生油洼槽(圖1)。潛山走向為北東向，潛山出露地層由西北向東南由老變新，西北斷面出露下元古界花崗片麻巖，向東南依次出現(xiàn)中元古界長城系常州溝組、團山子組、串嶺溝組、高于莊組、楊莊組、霧迷山組，地層走向北東向，傾向南東。

饒陽凹陷變質(zhì)巖河間潛山地區(qū)目前共有10口井鉆遇太古界變質(zhì)巖，其中3口井見直接油氣顯示，說明該研究區(qū)有很大的勘探潛力。但其勘探程度較低， 通過分析研究區(qū)老的地震資料(圖2)，發(fā)現(xiàn)Tg面與變質(zhì)巖頂面界線不清晰，無法落實變質(zhì)巖頂面形態(tài)展布；河間斷層斷面局部歸位不好，斷面無法落實；變質(zhì)巖內(nèi)幕地層層間信噪比低，同相軸連續(xù)性差；變質(zhì)巖內(nèi)幕斷層斷點不清晰，位置難以確定。為了進一步解剖饒陽凹陷變質(zhì)巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，理順斷裂組合，深化研究潛山及其內(nèi)幕特征，進行滿覆蓋面積240 km2的三維地震資料連片疊前逆時偏移處理。

圖1 饒陽凹陷變質(zhì)巖河間潛山發(fā)育模式圖Fig.1 The development model of metamorphic rock of interchannel buried hill in Raoyang depression

3 逆時偏移基本原理

逆時偏移是目前理論最先進、成像精度最高的地震偏移成像方法，其實現(xiàn)由波動方程延拓和成像兩部分構(gòu)成。采用全聲波方程延拓震源和檢波點波場[3]，極大限度地保留了有效信息，克服了偏移傾角和偏移孔徑的限制，可以有效地處理縱橫向存在劇烈變化的地球介質(zhì)物性特征。

為模擬地球內(nèi)部的波傳播，運用標量波動方程[16]：

(1)

式中：v(x,y,z)是介質(zhì)的聲波；p(x,y,z,t)作為空間和時間的函數(shù)，是壓力波場。逆時偏移采用波動方程的有限差分解來產(chǎn)生波場。由于高階差分法用于波動方程具有實踐優(yōu)勢[17,18]，采用空間八階和時間二階精度的有限差分解，有限差分法可以表示為：

(2)

用式(2)使標量波動方程離散化，計算除靠近邊界之外的所有格點的波場。邊界點上的波場可通過邊界條件[3-5]獲取，通常采用PML吸收邊界條件修改波動方程[9]為：

(3)

式中，A(l)為衰減系數(shù)。

4 逆時偏移方法

饒陽凹陷變質(zhì)巖區(qū)塊老資料顯示，地層傾角較陡，潛山帶附近橫向速度變化快，內(nèi)幕地層層間信噪比低，有效頻帶窄，成像困難。為了剖析河間變質(zhì)巖潛山的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，理順斷裂組合，深化研究潛山及其內(nèi)幕特征，經(jīng)過原始資料品質(zhì)認真分析、處理流程以及參數(shù)試驗的不斷改進和完善，采用如下關(guān)鍵技術(shù)進行處理。

4.1 疊前道集準備

4.1.1 疊前去噪技術(shù)

通過原始資料品質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)工區(qū)干擾波(圖3)較為發(fā)育，如面波、聲波、工業(yè)干擾(50 Hz)、異常振幅(野值)等。為突出有效波的波組特征，提高信噪比，在深入分析噪音和有效信號特征的基礎(chǔ)上，通過共炮點域、共炮檢距域等多域以及各種去噪方法的串聯(lián)使用，對各種噪聲進行有效壓制，為后續(xù)的資料處理奠定基礎(chǔ)。

圖3 干擾波分析Fig.3 Interference wave analysis

1)人機交互剔除壞道、壞炮對地震資料的影響；

2)充分試驗切除參數(shù)，采用線性噪音衰減技術(shù)，在保證切除淺層折射的同時，最大限度地保留有效信號；

3)通過濾波掃描，確定有效波以及干擾波的頻帶范圍，在盡可能多地保留深層低頻有效信息的基礎(chǔ)上，通過區(qū)域濾波壓制面波的干擾，以確保深層潛山構(gòu)造的成像效果；

4)采用異常振幅衰減串聯(lián)技術(shù)對單炮記錄上的野值、聲波、50 Hz干擾波、固定震源干擾等進行壓制，進一步提高地震資料的質(zhì)量；

5)針對在共炮點域不敏感的噪音，轉(zhuǎn)換到噪聲特征明顯的數(shù)據(jù)域(如共炮檢波點域)進行壓制。

4.1.2 一致性處理技術(shù)

地震資料處理要求同一區(qū)塊間頻率、相位和振幅必須保持相對一致，且研究區(qū)資料中包含炸藥震源和可控震源兩種資料，因此必須進行資料的一致性處理。

1)資料區(qū)塊間的振幅一致性問題可以通過地表一致性振幅補償技術(shù)得到解決。地表一致性振幅補償，能有效補償?shù)卣鸩ㄔ趥鞑ミ^程中由于激發(fā)和接受條件的變化而造成的能量衰減，消除由于風化層厚度、速度、激發(fā)巖性等地表因素橫向變化造成的能量差異，使能量在橫向上更加均衡，與T補償相結(jié)合，可確保振幅在時間與空間上的一致(圖4)。

2)針對炸藥震源和可控震源子波相位不一致問題以及連片處理拼接工作中的相位校正、時差校正、頻譜匹配等工作，經(jīng)子波整形處理，以炸藥震源資料為目標輸出，可控震源資料向其靠攏，從而解決子波的統(tǒng)一問題。如圖5所示，經(jīng)過反褶積之后，子波得到壓縮，縱向分辨率有所提高，雖然信噪比有所下降，但可在后續(xù)處理中通過迭代去噪得到提升；自相關(guān)函數(shù)在零延遲處有尖脈沖，而所有其他延遲處都為零，即無旁瓣，表明子波的一致性得到很好地改善；由振幅曲線可知，頻帶寬度由原來的3～35 Hz拓寬到3～43 Hz，主頻也由原來的10 Hz提升到20 Hz，進一步表明反褶積效果良好。

圖4 振幅補償效果對比Fig.4 Comparison of amplitude compensation

圖5 反褶積效果對比Fig.5 Comparison of deconvolution

4.1.3 剩余靜校正

在表層靜校正后，由于近地表速度橫向上的變化，使炮點、檢波點仍存在一定的剩余靜校正量。連片處理時，在野外靜校正的基礎(chǔ)上，針對不同頻帶范圍內(nèi)資料進行三維地表一致性剩余靜校正與速度分析的多次迭代，逐步提高了剩余靜校正精度，解決了區(qū)塊間數(shù)據(jù)重疊部分的剩余時差問題，實現(xiàn)了資料的同相疊加，提高了資料信噪比，改善了成像效果。如圖6所示，同相軸更平滑，連續(xù)性也更好，層間反射更清晰，波組特征更豐富。

圖6 剩余靜校正效果對比Fig.6 Comparison of residual statics correction

4.2 逆時偏移成像

經(jīng)過上述處理可得到高質(zhì)量的疊前偏移道集，在此基礎(chǔ)上進行逆時偏移成像研究。而逆時偏移成像的關(guān)鍵是偏移速度場的建立[19-23]，其準確性嚴重影響成像精度，特別是速度變化劇烈(如高陡構(gòu)造)時，若速度模型不準確，剖面成像精度低，則波組特征不清晰，嚴重影響變質(zhì)巖潛山帶構(gòu)造特征的落實。故而，精確的速度模型顯得尤為重要。

結(jié)合饒陽凹陷變質(zhì)巖河間潛山地區(qū)資料特點，制定逆時偏移處理流程如下：

1)Kirchhoff疊前時間偏移：將剩余靜校正后的疊加速度作為初始時間域偏移速度場做疊前時間偏移處理，通過高精度速度分析(圖7)、速度拾取精細質(zhì)量監(jiān)控(圖8)及剖面對比質(zhì)量監(jiān)控，優(yōu)化時間域偏移速度，質(zhì)控地下地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)和速度場的分布，為后續(xù)疊前深度偏移提供初始深度域偏移速度場。

2)Kirchhoff疊前深度偏移：利用Dix公式將優(yōu)化的均方根速度場轉(zhuǎn)換為深度域偏移層速度場，將其作為初始偏移速度模型，進行網(wǎng)格層析疊前深度偏移，以共成像點(CIP)道集反射波同相軸被拉平為準則，迭代優(yōu)化深度域偏移速度場。具體步驟如下：

①模型建立：采用速度屬性建立速度模型(圖9(a))；

圖7 疊前時間偏移速度分析流程Fig.7 Velocity analysis process of Pre-stack Time Migration

②深度成像：疊前深度偏移(Kirchhoff、RTM等)成像；

③層析迭代：基于PC集群的CIP層析迭代產(chǎn)生速度更新結(jié)果(圖9(b))；

④模型更新：質(zhì)量控制和編輯下一輪的模型或最終速度模型(圖9(c))。

圖8 速度拾取質(zhì)量監(jiān)控Fig.8 Quality control of velocity analysis

圖9 深度偏移速度模型Fig.9 Velocity model of prestack depth migration

3)疊前逆時偏移：以優(yōu)化的深度域偏移速度場為初始逆時偏移速度場，以炮集數(shù)據(jù)為輸入數(shù)據(jù)，進行逆時偏移，通過迭代速度分析與迭代偏移優(yōu)化得到最終偏移速度場和偏移成果。

5 應(yīng)用效果

結(jié)合研究區(qū)地震資料的特點，在保幅保真的處理前提下，逆時偏移處理技術(shù)應(yīng)用效果良好，資料信噪比、成像精度都有所提高。由于逆時偏移本質(zhì)上也是深度偏移的一種，為便于對比分析，本文將不同算法的偏移成果均轉(zhuǎn)換到時間域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在偏移效果上逆時偏移確實優(yōu)于疊前時間偏移與疊前深度偏移。

在疊前時間偏移剖面(圖10(a)和圖10(b))上，可看出變質(zhì)巖潛山頂界面成像可以很好地勾勒出其整體形態(tài)，但潛山左翼部分由于傾角較陡，再加之偏移算法的限制，存在著偏移歸位不徹底的現(xiàn)象，而潛山內(nèi)幕信噪比偏低，波組特征不清晰，成像效果有待進一步改善。分析疊前深度偏移剖面(圖10(b)和圖10(c))可知，變質(zhì)巖潛山左翼部分偏移歸位合適，且資料信噪比得到提高的同時，頻帶寬度得到拓展，使得低頻信息增多，波組特征清晰，但成像精度有所下降。

較疊前時間偏移剖面與疊前深度偏移剖面，逆時偏移剖面信噪比高，成像精度高，偏移效果良好。圖10(e)顯示，變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕噪音得到有效的壓制，提高了信噪比，且地層連續(xù)性增強，地質(zhì)現(xiàn)象更豐富。在變質(zhì)巖潛山左翼部分CMP110～160與時間1.8～2.9 s范圍內(nèi)，基底面與變質(zhì)巖潛山頂面之間低頻信息增多，波組特征明顯；潛山內(nèi)幕CMP140～200與時間2.9～3.1 s范圍內(nèi)，波組特征明顯，內(nèi)幕細節(jié)更清晰。圖10(f)顯示，資料品質(zhì)得到提升，成像更合理，特別是變質(zhì)巖潛山右翼部分，低頻信息更豐富，波組特征更清晰，易于對比追蹤，有利于地震反演預(yù)測。

總而言之，逆時偏移成像技術(shù)應(yīng)用于饒陽凹陷東部陡帶變質(zhì)巖區(qū)塊有效地提高了地震資料的信噪比及分辨率，很好地解決了斜層構(gòu)造及斷面成像精度低的問題，理順了研究區(qū)的斷裂組合情況，落實了變質(zhì)巖潛山的構(gòu)造形態(tài)，提高了內(nèi)幕成像精度，為后續(xù)研究提供了有力的支撐材料。

圖10 不同算法偏移效果對比Fig.10 Comparison of migration in different algorithm methods

6 結(jié) 論

通過饒陽凹陷東部陡帶變質(zhì)巖區(qū)塊的逆時偏移成像研究，得到了如下幾點認識：

1)本次地震資料處理所采用的疊前去噪、一致性處理、剩余靜校正等處理技術(shù)，有效地改善了資料品質(zhì)，提高了資料信噪比和分辨率，為進行逆時偏移成像處理奠定了基礎(chǔ)。

2)逆時偏移速度模型的建立不是一蹴而就的，而是一個不斷探索反復(fù)迭代的漫長過程。首先，獲取精準的疊加速度作為疊前時間偏移的初始速度場，這就需要速度場拾取、速度趨勢試驗以及剖面對比分析的多次迭代；其次，獲取符合地質(zhì)要求的疊前時間偏移均方根速度場，還需要偏移的多輪迭代；再次，將時間域均方根速度場轉(zhuǎn)換成疊前深度偏移的深度域?qū)铀俣葓?，通過CIP層析迭代、嚴密的質(zhì)量控制、偏移的多輪迭代等，逐步優(yōu)化得到逆時偏移的初始速度場；最后，通過迭代速度分析及迭代偏移，優(yōu)化逆時偏移速度模型。

3)相比于疊前時間偏移和疊前深度偏移，逆時偏移技術(shù)對介質(zhì)橫向速度變化劇烈的高陡構(gòu)造區(qū)成像具有更強的適應(yīng)性。針對本區(qū)，逆時偏移成像效果更佳，在一定程度上拓寬了有效頻帶，豐富了層位信息，提高了變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕成像精度，落實了潛山的地質(zhì)構(gòu)造，理順了研究區(qū)塊的斷裂組合情況，有利于后續(xù)地質(zhì)解釋及儲層預(yù)測工作的開展。

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The Application of Reverse Time Migration Technology to Metamorphic Rock Imaging Research in Raoyang

Du Xishan，Wang Boya，Wei Tao，Hu Jinkuan，Zhang Hongwen，Zhou Xinghai，Ye Qiuyan

(GeophysicalExplorationResearchInstitute,HuabeiOilfieldCompanyofCNPC,RenqiuHebei062550,China)

The fractures develop in metamorphic rock block situated in the eastern steep belt of Raoyang depression. The existing seismic sections show that the fault location isn't clear,the breakpoint is fuzzy,fracture combinations are unknown and geological structure cannot be implemented. In order to analyze the geological structure and straighten out fracture combinations,RTM(Reverse Time Migration) imaging technology is brought in to carry out imaging research for local seismic data on the basis of high accuracy prestack gather data and accurate velocity model and parameter trials,which has got good application effects. The S/N(signal-to-noise) ratio and resolution obviously increase and tectonic characteristics conform preferably with geologic rule,which provide some reliable evidences for further research.

PSDM; RTM; Raoyang depression; metamorphic rock imaging

1672—7940(2016)06—0717—08

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.06.006

杜喜善(1989-)，女，助理工程師，碩士，主要從事地震數(shù)據(jù)處理工作。E-mail：dxs20082012@163.com

P631.4

A

2016-04-05