川東南地區(qū)三維地震成像關(guān)鍵技術(shù)探討

孟慶利

（中國(guó)石化華東油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，江蘇南京 210007）

四川盆地東南部蘊(yùn)藏著巨大的油氣資源，但存在地表復(fù)雜及地下構(gòu)造復(fù)雜的“雙復(fù)雜”特點(diǎn)，給地震成像帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：一是地表高差及出露巖性變化劇烈造成靜校正問(wèn)題嚴(yán)重；二是灰?guī)r出露區(qū)占比較大，煤炭采空區(qū)及灰?guī)r溶洞發(fā)育，造成原始地震資料信噪比普遍低；三是地下構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，深度域速度建模困難，實(shí)現(xiàn)疊前深度偏移成像難度大。因此，在資料處理環(huán)節(jié)有效解決靜校正、信噪比和深度域速度建模是解決川東南地區(qū)地震資料疊前成像的技術(shù)關(guān)鍵，突破這些技術(shù)瓶頸對(duì)該區(qū)油氣勘探開(kāi)發(fā)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)三維地震成像問(wèn)題大都是從方法技術(shù)上進(jìn)行研究，已經(jīng)提出并發(fā)展了多種高端的地震成像技術(shù)，如各向異性疊前深度偏移技術(shù)、各向異性逆時(shí)偏移技術(shù)等，而方法或技術(shù)對(duì)地震資料品質(zhì)（靜校正、信噪比等）和速度模型精度的依賴程度極高，因此，高端地震成像技術(shù)的應(yīng)用前提是必須做好疊前數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及高精度速度模型的建立。

本文根據(jù)川東南地區(qū)的“雙復(fù)雜”特點(diǎn)，在靜校正方面，針對(duì)煤炭采空區(qū)和灰?guī)r溶洞區(qū)提出了新的應(yīng)用方法；在噪音衰減方面，制定了詳細(xì)的處理策略和質(zhì)量控制措施，并針對(duì)多組線性噪音并存的情況進(jìn)行了疊前偏移處理，有效提高了疊前地震資料的品質(zhì)；速度建模采用井控加層位約束處理解釋一體化方法，提高了速度模型的精度。

1 川東南地區(qū)地震資料特點(diǎn)

（1）川東南地區(qū)屬喀斯特山地，地表地形變化劇烈、相對(duì)高差大，煤炭采空區(qū)、灰?guī)r溶洞、垮塌堆積區(qū)隨處可見(jiàn)，這些地質(zhì)特點(diǎn)會(huì)造成地震資料的低速帶速度、降速帶速度和厚度在空間上變化劇烈，原始單炮記錄初至波波形扭曲，有效波反射同相軸失去雙曲線形態(tài)，靜校正問(wèn)題突出。

（2）表層出露巖性多變，特別是灰?guī)r出露區(qū)地震波激發(fā)接收條件較差，低頻散射干擾嚴(yán)重，有效反射信號(hào)很弱，地震記錄信噪比較低。

（3）川東南地區(qū)地下構(gòu)造復(fù)雜，各類(lèi)高陡構(gòu)造及斷裂發(fā)育，致使速度建模較困難，實(shí)現(xiàn)疊前深度偏移成像難度大。

2 微測(cè)井約束層析靜校正技術(shù)

常規(guī)層析靜校正存在兩個(gè)問(wèn)題：一是近偏移距初至質(zhì)量不高，會(huì)影響近地表模型低速層的反演精度；二是在炮點(diǎn)缺失嚴(yán)重區(qū)域（如城鎮(zhèn)、采空區(qū)）和工區(qū)邊界位置缺乏初至信息，造成反演的近地表模型不準(zhǔn)確，出現(xiàn)假成像現(xiàn)象[1-2]。

微測(cè)井約束層析靜校正技術(shù)可以彌補(bǔ)上述常規(guī)層析靜校正的不足。首先微測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)可以用來(lái)控制淺層速度模型建立，彌補(bǔ)近偏移距初至質(zhì)量不高的影響。其次微測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)可以提高炮點(diǎn)缺失嚴(yán)重區(qū)域及邊界近地表速度模型的精度，保證這一區(qū)域靜校正量計(jì)算準(zhǔn)確[3]，進(jìn)而改善成像效果。圖1為微測(cè)井約束前后的近地表速度模型，可以看出后者明顯提高了分辨率。

圖1 微測(cè)井約束前（上圖）后（下圖）近地表模型對(duì)比

過(guò)煤炭采空區(qū)及灰?guī)r溶洞區(qū)的單炮記錄資料品質(zhì)較差，初至頻率較低，與正常單炮激發(fā)存在明顯的頻率不一致性問(wèn)題。這種類(lèi)型的單炮初至拾取與正常單炮初至拾取存在時(shí)間誤差，會(huì)影響近地表速度模型的精度。在實(shí)際處理過(guò)程中，將這種單炮統(tǒng)計(jì)并剔除后進(jìn)行層析反演，提高了采空區(qū)的靜校正效果（圖2）。

圖2 剔除采空區(qū)單炮前（上圖）后（下圖）層析靜校正剖面對(duì)比

3 多域漸進(jìn)式噪音衰減技術(shù)

川東南地區(qū)地震波主要干擾類(lèi)型有低頻散射面波、隨機(jī)干擾、線性相干噪音、工業(yè)電干擾、野值等，干擾波能量強(qiáng)，頻帶范圍廣，并且存在多組線性干擾，給疊前噪音壓制帶來(lái)較大困難。

高信噪比的道集是疊前成像的關(guān)鍵[4-6]，為了最大程度地提高資料信噪比，同時(shí)保證有效信息不受損害，必須制定詳細(xì)有效的去噪策略。去噪順序上采用先強(qiáng)后弱、先線性后非線性、先規(guī)則后隨機(jī)、多域多次聯(lián)合去噪，整個(gè)過(guò)程采用漸進(jìn)式去噪處理。

通過(guò)多年實(shí)踐，總結(jié)了川東南地區(qū)地震資料多域漸進(jìn)式去噪流程（圖3）。強(qiáng)規(guī)則干擾必須在炮域通過(guò)限頻、限速方法進(jìn)行衰減，然后利用異常振幅在炮域、檢波點(diǎn)域及共中心點(diǎn)（CMP）域的不同分布規(guī)律進(jìn)行逐步衰減。

圖3 多域漸進(jìn)式去噪處理流程

川東南地區(qū)地震資料存在多組線性干擾，對(duì)線性噪音的壓制要采取謹(jǐn)慎的態(tài)度，必須結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識(shí)，僅對(duì)影響成像效果的線性噪音進(jìn)行去除，去噪過(guò)程必須利用偏移成像效果進(jìn)行質(zhì)量控制，防止產(chǎn)生混波現(xiàn)象。

4 疊前深度偏移成像技術(shù)

4.1 處理解釋一體化速度建模技術(shù)

在疊前深度偏移處理中，除了前期常規(guī)處理（靜校正處理、去噪處理、資料一致性處理）要保證疊前道集的品質(zhì)外，建立近似于真實(shí)地下地質(zhì)構(gòu)造的深度域速度模型是影響疊前深度偏移成像精度的關(guān)鍵因素[7-9]，最終深度域速度模型的建立是對(duì)初始模型多次迭代優(yōu)化后形成的。建模流程見(jiàn)圖4。

圖4 深度域速度建模流程

在初始深度域速度模型建立中，可以利用疊前時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行速度控制層位的標(biāo)定、劃分和解釋?zhuān)⒊跏嫉臉?gòu)造模型[10-11]。為了控制速度在空間上的變化，速度控制層位的解釋要以縱向上的明顯速度界面為參考層，利用初始構(gòu)造模型在均方根速度體上抽取和計(jì)算層速度，在進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換之前還要進(jìn)行多次優(yōu)化和約束調(diào)整處理。其中，對(duì)初始速度的分析和處理需要充分利用探區(qū)的區(qū)域構(gòu)造資料、鉆井得到的速度資料、地質(zhì)露頭資料等信息。

最終速度場(chǎng)的建立是利用目標(biāo)線疊前深度偏移和速度模型優(yōu)化的多次迭代實(shí)現(xiàn)的。選定可以控制全區(qū)速度趨勢(shì)的目標(biāo)線進(jìn)行疊前深度偏移，然后進(jìn)行沿層速度拾取和剩余速度分析[12-13]，利用網(wǎng)格層析成像結(jié)合地質(zhì)露頭、鉆井和測(cè)井資料、解釋層位及斷裂展布來(lái)修正速度模型，通過(guò)多次迭代及處理解釋一體化，建立符合區(qū)域地質(zhì)規(guī)律的速度場(chǎng)（圖5）。

圖5 初始速度（上圖）與多次迭代后（下圖）最終速度模型對(duì)比

4.2 疊前深度偏移成像

疊前深度偏移考慮了地震波的繞射和折射效應(yīng)，算法上可以實(shí)現(xiàn)橫向變速，能夠解決地下介質(zhì)橫向上的巨大變速問(wèn)題，因此，對(duì)于復(fù)雜的地下構(gòu)造及橫向上存在速度變化時(shí)，疊前深度偏移能夠提供更加精確的成像。

目前常用的疊前深度偏移方法有基于射線理論的Kirchhoff積分法和波動(dòng)方程偏移方法。前者應(yīng)用射線追蹤獲得成像所需的旅行時(shí)間，不受反射界面傾角限制，而且計(jì)算效率高，方便靈活，但無(wú)法適應(yīng)速度場(chǎng)的強(qiáng)橫向變化；而波動(dòng)方程偏移方法能夠適應(yīng)介質(zhì)速度的橫向劇烈變化，可以對(duì)“雙復(fù)雜”區(qū)域進(jìn)行精確成像，但其對(duì)速度模型精度的依賴性非常高。當(dāng)速度模型誤差較小時(shí)，波動(dòng)方程偏移方法效果較好；而當(dāng)速度模型誤差較大時(shí)，波動(dòng)方程偏移方法的精度會(huì)低于Kirchhoff積分偏移方法的精度。

在實(shí)際資料處理中，完全精確的速度場(chǎng)是無(wú)法獲取的，尤其是區(qū)內(nèi)缺乏井資料信息的區(qū)域。所以，筆者認(rèn)為在井震資料較多的區(qū)域，能夠建立更精確的速度模型，可以滿足波動(dòng)方程疊前深度偏移對(duì)速度模型精度的要求，適合采用波動(dòng)方程疊前深度偏移方法。如果井震資料較少，可先采用Kirchhoff疊前深度偏移方法進(jìn)行第一輪成像，待井資料較多時(shí)，對(duì)速度模型進(jìn)行優(yōu)化，再采用波動(dòng)方程疊前深度偏移方法進(jìn)行第二輪成像處理，最終獲得高質(zhì)量的地震成像。

5 應(yīng)用實(shí)例

NC三維探區(qū)位于四川盆地東南邊緣與云貴高原過(guò)渡地帶，具有地表復(fù)雜及地下構(gòu)造復(fù)雜的“雙復(fù)雜”特點(diǎn)，地勢(shì)呈東南向西北傾斜，大體構(gòu)成中山、低山兩大地貌，靜校正問(wèn)題突出。區(qū)內(nèi)灰?guī)r出露廣泛，且采空區(qū)及溶洞發(fā)育，造成局部資料信噪比較低；地層傾角變化較大，斷裂發(fā)育，波場(chǎng)復(fù)雜。

NC探區(qū)井資料較少，對(duì)區(qū)域速度的統(tǒng)計(jì)不夠全面，資料采集方位與構(gòu)造走向不垂直，給速度建模帶來(lái)一定困難。在實(shí)際處理中采用旋轉(zhuǎn)處理方位的方法，將處理網(wǎng)格定義為與構(gòu)造走向正交，并沿構(gòu)造方向進(jìn)行速度建模工作，提高了建模精度。利用處理解釋一體化速度建模方法獲得了該區(qū)較為精確的深度域速度模型。最后采用Kirchhoff疊前深度偏移方法實(shí)現(xiàn)了本區(qū)低信噪比資料的復(fù)雜構(gòu)造精確成像，處理成果斷點(diǎn)清晰，斷層刻畫(huà)清楚，波組特征明顯，可以進(jìn)行合理的地質(zhì)構(gòu)造解釋。采用本文所述方法與常規(guī)方法成像效果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，淺層成像效果明顯改善，并且消除了局部的假斷裂。

6 結(jié)論與建議

（1）地震資料的品質(zhì)是獲得好的疊前地震成像效果的基礎(chǔ)，速度模型的精度是影響成像效果的關(guān)鍵。通過(guò)微測(cè)井約束層析靜校正的創(chuàng)新應(yīng)用及多域漸進(jìn)式去噪處理，有效地提高了川東南地區(qū)地震資料品質(zhì)；采用井控與層位和地質(zhì)露頭約束處理解釋一體化速度建模提高了速度模型的精度。

（2）本文所述的關(guān)鍵方法、技術(shù)在NC地區(qū)的應(yīng)用取得了較好的效果，可以在川東南地區(qū)進(jìn)行推廣應(yīng)用。