逆時偏移成像技術(shù)在吉林探區(qū)的研究與應(yīng)用

張立雙

（吉林油田公司地球物理勘探研究院 吉林松原 138000）

引言

中國大約40%的剩余油都儲存在復(fù)雜地區(qū)的復(fù)雜構(gòu)造之中，地表條件復(fù)雜、資料信噪比低以及地下構(gòu)造多變等因素，使得低信噪比復(fù)雜構(gòu)造成像仍是地球物理界的難題之一。逆時偏移從原理上講可以成像回轉(zhuǎn)波、棱柱波等，并使多次反射波收斂聚焦，折射干擾不聚焦成像，對低信噪比資料成像效果也較好。采用這種思路進(jìn)行低信噪比及復(fù)雜構(gòu)造資料處理，關(guān)鍵問題是配套的速度建模技術(shù)、逆時偏移技術(shù)的研究和應(yīng)用。

本文思路是從逆時偏移原理、高精度速度建模和逆時偏移實際資料應(yīng)用效果等幾個方面入手，總結(jié)應(yīng)用逆時偏移的思路和方法，并展示逆時偏移對復(fù)雜構(gòu)造成像的優(yōu)勢和抗噪效果。

1 逆時偏移原理

逆時偏移最早由Whitemore, et al.提出[8]，此后國內(nèi)外眾多學(xué)者從不同側(cè)面對該項技術(shù)進(jìn)行了研究。近幾年，多核CPU和GPU/CPU異構(gòu)高性能計算平臺的出現(xiàn)使得3D 逆時深度偏移成為實用化技術(shù)。逆時偏移方法是無近似的全波方程偏移技術(shù)，正向模擬時間域的震源波場，逆時外推時間域的檢波點波場，將震源與檢波點波場進(jìn)行互相關(guān)成像，該方法算法精度高，是目前理論完整、精度最高的成像方法。

從原理上講，逆時偏移方法是通過雙程波動方程在時間域上對人工給予的震源子波正向傳播和接收到的地震資料進(jìn)行反向傳播，結(jié)合成像條件實現(xiàn)偏移（Claerbout，1971）。逆時偏移的基礎(chǔ)是精確的波動方程而不是對其的近似，同時用時間外推來代替深度外推。逆時偏移避免了上下行波的分離處理，并能實現(xiàn)回轉(zhuǎn)波和多次波的成像，是一種真正的全波場偏移算法。與其他偏移方法對比，相比于單程波方程和克?；舴虻钠疲\用的是雙程波波動方程進(jìn)行波場延拓，有準(zhǔn)確的成像算法，不受傾角的限制，通常適用于解決復(fù)雜高陡構(gòu)造成像問題。

2 速度建模技術(shù)

要獲得精確的成像結(jié)果，除了選擇合適的偏移算法外，偏移速度也是一個非常重要的參數(shù)[8]。偏移速度的精度直接影響偏移成像的精度，建立準(zhǔn)確的速度模型對復(fù)雜構(gòu)造地震成像至關(guān)重要。在深度域成像過程中，速度分析的目標(biāo)是建立一個隨深度空間位置而變化的層速度模型。對于復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域，常常出現(xiàn)地震資料信噪比較低、地震波波場復(fù)雜以及地震波照明不均勻等現(xiàn)象，這也是速度建模的困難所在。本文速度建模思路分為近地表建模和深層速度建模，應(yīng)用初至波反演、剩余速度分析、地質(zhì)模型約束建模和層析成像等速度建模方法，并提出了綜合速度建模的思路。

圖1 近地表速度反演

近地表地震速度建模問題是一個反演問題，用于速度建模的軟件和方法也越來越多。對于近地表速度求取精度較高的方法是采用初至波反演來求取，如圖1所示。為了提高反演精度，需要較小的采用間隔和一定的初至數(shù)據(jù)的覆蓋次數(shù)；同時參與計算的炮檢距大小也決定了反演深度。

深度偏移的誤差是從淺至深逐漸積累的，所以淺層速度模型建立尤為關(guān)鍵，采用反演方法獲取的模型精度遠(yuǎn)高于手工速度譜拾取精度，為深度偏移深層速度建模奠定良好基礎(chǔ)。

對于中深層速度模型的建立方法很多，可采用地質(zhì)模型約束和網(wǎng)格層析等方法求取。如圖2所示，采用疊前深度偏移目標(biāo)線運算與剩余速度迭代來更新速度模型。在復(fù)雜構(gòu)造成像處理中，地震資料信噪比低、地震波波場復(fù)雜、靜校正問題復(fù)雜以及地震波照明不均勻等問題，這些都是影響速度建模的因素。以地質(zhì)認(rèn)識為指導(dǎo)，通過建立地震地質(zhì)模型來約束速度建模，保證構(gòu)造形態(tài)、速度變化趨勢的合理性，是地質(zhì)模型約束的速度建模方法的核心內(nèi)容，由此可見，這是一項解釋性的處理技術(shù)，也是在處理過程中地質(zhì)認(rèn)識逐漸深化的過程。

層速度場的求取是疊前深度偏移技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵[4]。層速度場的求取過程分為建立初始速度模型和速度模型迭代修正。疊前深度偏移的初始模型是非常重要的，它應(yīng)該是平滑的并且最大程度上接近真實模型，以減少迭代次數(shù)，提高效率。

圖2 深度域初始層速度場建立過程

對于構(gòu)造簡單及速度橫向變化不大的工區(qū)，往往是將疊前時間偏移得到的均方根速度由DIX公式轉(zhuǎn)化為層速度場，作為初始速度模型（圖2），再通過疊前深度偏移迭代處理更新速度模型。但對于速度變化大的復(fù)雜區(qū)塊，層速度場轉(zhuǎn)換只能作為參考，而不能簡單作為初始速度模型。其原因是地層傾角較大時DIX公式已不適用。初始速度模型缺少地質(zhì)構(gòu)造約束，往往會無法控制其變化，不合理的速度變化所對應(yīng)的疊前深度剖面容易出現(xiàn)假構(gòu)造。在錯誤的初始速度模型基礎(chǔ)上，無論采取多少次迭代與更新，無論采取何種先進(jìn)的偏移算法都無法收斂。

圖3 主要層位剩余速度迭代前后對比

在速度模型的迭代修正過程中，通過沿層剩余速度拾取與疊前深度偏移迭代來修正層速度模型（圖3），首先采用剩余速度分析、基于層位和基于實體模型的層析成像技術(shù)，該方法主要是針對大套地層的整體速度趨勢。

對于某些復(fù)雜構(gòu)造, 無論基于層位建模還是基于實體建模，總有地方與實際有偏差?；诰W(wǎng)格層析成像技術(shù)是基于層位的層析成像技術(shù)和基于實體模型的層析成像技術(shù)的有力補充,致力于把每個深度偏移CRP道集的每個較強同相軸拉平，當(dāng)速度模型不準(zhǔn)確時，CRP道集同相軸不平直，存在剩余彎曲度。通過分析剩余速度，利用層析成像技術(shù)修改層速度模型來達(dá)到優(yōu)化速度模型的目的，直到目的層CRP道集拉平、剩余延遲趨于零為止。層析成像法的一個重要特點是它是一種全局的方法，層析能夠?qū)⒁粋€點位置處的時間誤差歸結(jié)到另一個點位置處的速度和深度誤差，層析法考慮的是整個速度模型。 采用多種方法綜合建模，可以得到精度較高的速度模型。

3 處理效果

圖4為不同方法成像結(jié)果對比，由圖可看出逆時偏移成像解決了復(fù)雜斷塊的成像問題，由于采用精確的成像條件及合適的邊界處理方式，消除了積分法偏移的畫弧現(xiàn)象，提高了斷塊的內(nèi)幕成像。

逆時偏移實現(xiàn)了對斷點的準(zhǔn)確歸位，斷層更加清楚。Kirchhoff成像由于無法解決射線多路徑問題，致使斷點繞射及深層成像不準(zhǔn)確。同時在Kirchhoff成像中，由于照明不夠不能突出深層能量。用逆時偏移處理陡傾角和來自其他雙程射線路徑的能量，能使陡傾角和復(fù)雜構(gòu)造內(nèi)幕準(zhǔn)確成像，如圖5。

圖4 復(fù)雜構(gòu)造資料Kirchhoff偏移（左）與逆時偏移成像結(jié)果對比（右）

圖5 復(fù)雜構(gòu)造Kirchhoff偏移（上）與逆時偏移成像結(jié)果對比（下）

另外，復(fù)雜構(gòu)造成像經(jīng)常伴隨信噪比低的問題，地表復(fù)雜的區(qū)塊還存在復(fù)雜的干擾類型，尤其是淺層多次折射干擾，非常難以去除，例如WF地區(qū)的資料，如圖6所示，工區(qū)內(nèi)淺層折射干擾異常發(fā)育。任何去噪方法都會有不同程度有效信息的損失，如果不做淺層折射干擾的去除，從疊加剖面上看，雖然覆蓋次數(shù)很高，疊加后淺層折射得到一定壓制，但是仍然存在很多低頻干擾，如圖7（上）所示，影響成像效果。

圖6 折射干擾單炮

圖7 未去噪數(shù)據(jù)逆時偏移前疊加（上）與逆時偏移成像結(jié)果對比（下）

圖8 未去折射干擾偏移結(jié)果（上）與去折射干擾偏移結(jié)果對比（下）

逆時偏移可以成像回轉(zhuǎn)波、棱柱波等，并使多次反射波收斂聚焦，但是多次折射并不成像，根據(jù)這個特點，可以在完成逆時偏移的同時，消除折射干擾影響，提高信噪比，如圖8。對比未去噪數(shù)據(jù)進(jìn)行逆時偏移結(jié)果和去噪數(shù)據(jù)的逆時偏移結(jié)果，可以明顯看出，雖然未去噪的疊加剖面信噪比很低，但逆時偏移結(jié)果的信噪比沒有受到折射干擾的影響，二者信噪比相當(dāng)，而且進(jìn)行細(xì)致的頻率分析，發(fā)現(xiàn)前者的低頻成分更加豐富，因為任何去噪方法對有效信息都會有不同程度的損失，所以，采用逆時偏移的成像方法，而不采用去噪的方法，可以最大程度保留有效信息，得到高信噪比和高成像精度的地震成像結(jié)果。

6 結(jié)論

速度模型的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到偏移成像的效果，采用初至波反演得到近地表速度模型，通過正確控制速度初始趨勢，采用基于層位和實體模型的層析成像技術(shù)、地質(zhì)構(gòu)造模式約束等有效建模技術(shù)，獲得中深層速度模型，能保證速度的可靠性和準(zhǔn)確性；Kirchhoff深度偏移成像效果好于時間域偏移，但Kirchhoff積分法由于無法解決射線多路徑問題，逆時偏移實現(xiàn)了對斷點的準(zhǔn)確歸位，斷層更加清楚，復(fù)雜構(gòu)造內(nèi)幕清楚，同時可以克服折射干擾的影響，高精度成像的同時提高信噪比，最大程度保留有效信息，逆時偏移從理論和實際應(yīng)用效果上都是目前精度較高的成像算法。