散射波成像技術(shù)在潛山地震資料處理中的研究與應(yīng)用

柳世光

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

地震波傳播經(jīng)過地下介質(zhì)時，由于地質(zhì)構(gòu)造的影響，會產(chǎn)生反射或散射，具體是反射還是散射取決于介質(zhì)的地質(zhì)特性和構(gòu)造的幾何尺度。一般來說，當(dāng)?shù)叵聵?gòu)造尺度小于一個波長時，會產(chǎn)生地震散射波，如微小裂縫、斷層斷點(diǎn)、復(fù)雜地質(zhì)體邊緣等都會產(chǎn)生地震散射波[1-2]。相比傳統(tǒng)的反射波成像方法，散射波成像方法能夠?qū)崿F(xiàn)更高分辨率的成像，但散射波的能量卻比反射波的能量弱得多，因此，散射波的偏移、聚焦、歸位都極具挑戰(zhàn)，要避開相干性極強(qiáng)的反射波來適度地加強(qiáng)散射波能量，難度也很大。

現(xiàn)有的大多數(shù)散射波成像算法可以劃分為兩大類[3-8]。第1類算法比較快捷有效，是在數(shù)據(jù)域采用能量分離方法，從原始地震數(shù)據(jù)中提取散射波能量，而后進(jìn)行成像，但除了一些理想的簡單情況外，通常這類算法得到的散射波中，剩余的反射能量仍很強(qiáng)，在后續(xù)的成像中仍會占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致散射波成像效果差。第2類散射波成像算法是在偏移中或偏移后道集上對反射能量進(jìn)行壓制，不對原始地震數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。通?？梢酝ㄟ^構(gòu)建具有相干性的散射傾角道集，利用偏移后的構(gòu)造信息來去除反射能量。對于簡單橫向尺度變化的地質(zhì)環(huán)境，這些方法是有效的，但當(dāng)?shù)叵聝A角快速變化時，反射能量的壓制就面臨巨大的挑戰(zhàn)。

文中采用了一種綜合方案，將以上2種算法結(jié)合起來。首先，在CDP道集或者共炮點(diǎn)道集上，對地震數(shù)據(jù)中的反射能量進(jìn)行剝離；而后，對剩余的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移，構(gòu)建散射波傾角道集；最后，在散射波傾角道集上進(jìn)一步壓制殘余反射能量，并適當(dāng)加強(qiáng)散射波能量，實(shí)現(xiàn)散射波成像。潛山油氣藏是遼河油田的主要油藏類型，潛山內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常規(guī)的反射波成像難以取得突破[9-15]，而文中提出的新型成像技術(shù)在遼河油田曙光潛山地震成像研究中取得了成功。

1 散射波成像原理及技術(shù)流程

1.1 散射波成像原理

波的反射和散射本質(zhì)上具有相同的物理機(jī)理，因?yàn)橐粋€反射在數(shù)學(xué)上可以由一系列有序的散射點(diǎn)構(gòu)建而成。反射角可以由斯涅爾定律來確定，而散射角卻只有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。實(shí)現(xiàn)散射波成像的主要障礙是反射波能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于散射波能量，這是由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)引起的。因此，即使常規(guī)的成像處理能將散射波正確偏移歸位，也幾乎看不到，因?yàn)槠浔谎诼裨诔瑥?qiáng)的反射波能量當(dāng)中[16-17]。因此，散射波成像技術(shù)的主要目標(biāo)是在數(shù)據(jù)域和成像域壓制反射波能量的同時加強(qiáng)散射波能量，而后，即可通過瞬時振幅和水平切片等方式突出所提取到的散射波能量。

傳統(tǒng)的散射波成像主要目的是設(shè)法在反向傳播過程中壓制反射波，可通過式(1)表示：

(1)

式中：x為地下成像點(diǎn)；I(x)為在x點(diǎn)成的像；w(s，r，x)為壓制反射能量的加權(quán)函數(shù)；D(t，s，r)為要偏移的地震數(shù)據(jù)；t為記錄時間，s；s為震源；r為檢波點(diǎn)；δ為脈沖響應(yīng)；τ=τs+τr，為某一震源、某一檢波點(diǎn)與地下成像點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的總旅行時間，s；τs和τr分別為震源至成像點(diǎn)、檢波點(diǎn)至成像點(diǎn)的旅行時間，s。

1.2 散射波成像技術(shù)流程

(1) 在偏移前的數(shù)據(jù)域(通常是在CDP道集上)，利用局部區(qū)域內(nèi)反射波的橫向一致性，對反射波能量進(jìn)行預(yù)測和壓制。理想情況下，可以得到僅包含散射波信息的道集，但通常情況下，由于反射波能量非常強(qiáng)，且受預(yù)測精度的影響，仍存在一定的反射波能量，需要在接下來的過程中進(jìn)行進(jìn)一步壓制。

(2) 在上一步得到的道集基礎(chǔ)上，通過式(1)進(jìn)行散射波成像，得到疊前偏移道集。在偏移成像過程中，利用式(2)的加權(quán)函數(shù)w(s，r，x)對反射波信息進(jìn)行進(jìn)一步壓制。

(2)

ps(x)=▽xτs

(3)

pr(x)=▽xτr

(4)

(3) 在成像域的傾角道集上進(jìn)行散射波分離。在傾角道集上，由于散射能量表現(xiàn)為擬線性，而反射能量表現(xiàn)為非線性，可以利用這種差異性，對殘余反射能量進(jìn)行壓制，最后得到僅包含散射信息的傾角道集。

為了得到傾角道集，需要先對原始地震數(shù)據(jù)進(jìn)行傳統(tǒng)的反射波成像：

(5)

(6)

利用估算的傾角值，可以將第2步得到的疊前偏移道集轉(zhuǎn)換為共傾角道集。在獲得的共傾角道集上，對殘余反射波能量進(jìn)一步去除。針對某一CDP位置，利用鄰近CDP道集預(yù)測估算其反射能量，將預(yù)測出的反射能量從原道集中減去，則結(jié)果中剩余的信息被認(rèn)為主要是散射能量的貢獻(xiàn)。

由于該流程包含了對反射能量的雙重壓制，與業(yè)界現(xiàn)有的算法相比，能夠呈現(xiàn)更高質(zhì)量的散射波成像效果。

1.3 常規(guī)反射波成像技術(shù)與新技術(shù)對比

由常規(guī)反射波成像技術(shù)合成數(shù)據(jù)對比效果可發(fā)現(xiàn)，反射能量遠(yuǎn)強(qiáng)于散射能量(圖1)。由圖1可知，當(dāng)裂縫存在時，反射與散射能量比約為100∶1(幾套橫向連續(xù)的、能量較強(qiáng)的同相軸為反射能量，藍(lán)色框內(nèi)較弱的部分為裂縫的散射能量，圖中亮處均為裂縫的反射能量)，常規(guī)反射波對裂縫的成像結(jié)果并不理想。

圖1 常規(guī)反射波裂縫成像的結(jié)果

利用文中的散射波成像技術(shù)后，裂縫的成像效果明顯改善(圖2)。盡管殘余反射能量依然可見，但振幅明顯降低，反射與散射能量比約為1∶1(橫向連續(xù)的同相軸為反射能量，藍(lán)色框內(nèi)為裂縫的散射能量)。

2 散射波成像技術(shù)在曙光潛山的應(yīng)用

曙光潛山位于遼河西部凹陷中北段，東部緊鄰陳家洼陷和盤山洼陷，南部緊鄰清水洼陷，油源豐富。潛山地層的巖性、內(nèi)幕結(jié)構(gòu)和接觸關(guān)系十分復(fù)雜，內(nèi)幕地層縱向上由太古界、元古界和古生界構(gòu)成，具有多元多層結(jié)構(gòu)特征，具備內(nèi)幕成藏基本條件。巖層的孔隙、裂縫發(fā)育，提供了良好的儲集空間，且潛山圈閉呈帶狀分布，可形成有利的含油氣構(gòu)造，勘探潛力大。因此，內(nèi)幕結(jié)構(gòu)的認(rèn)識對油氣勘探具有重要意義。

然而，由于曙光潛山內(nèi)部復(fù)雜的地質(zhì)地震條件，導(dǎo)致地震波場復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)的反射波成像效果不理想，只能對較強(qiáng)的反射能量成像，不能對內(nèi)部微小裂縫的散射能量成像，無法滿足潛山內(nèi)幕地層及裂縫刻畫的需要。文中以曙光地區(qū)的實(shí)際數(shù)據(jù)為例，研究和應(yīng)用了散射波成像技術(shù)，取得了較好的效果。

為了獲取更好的散射波成像效果，需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的預(yù)處理，如靜校正、多次波壓制、噪音衰減、振幅均衡、插值、初至切除、速度更新等。

圖2 散射波裂縫成像結(jié)果(裂縫區(qū)的局部放大)

偏移前，在數(shù)據(jù)域?qū)Φ卣饠?shù)據(jù)進(jìn)行反射能量去除，從去除前后的一條縱線疊加剖面可見，大多數(shù)反射能量得到有效壓制(圖3)。隨后從成像道集上對散射波成像的效果做進(jìn)一步的分析(圖4)。將圖3中去除了反射能量的地震數(shù)據(jù)做為輸入，進(jìn)行加權(quán)疊前深度偏移成像，并進(jìn)行傾角轉(zhuǎn)換，生成圖4a共傾角道集。由圖4a中共傾角道集上可見，仍存在殘余反射能量，表明在數(shù)據(jù)域和偏移過程中無法完全去除反射能量；在此共傾角道集上，再利用文中研究方法，在成像域進(jìn)一步去除殘余反射，形成圖4b的結(jié)果。由圖4b可見，反射能量得到了有效的去除。

圖3 去除反射能量前后的疊加剖面

圖4 共傾角道集

將圖4b最終的共傾角道集進(jìn)行疊加，可以得到散射波成像的最終成果，為了更好地展示成像效果，將散射波成像剖面與常規(guī)的克?；舴虔B前深度偏移剖面疊合顯示(圖5)。

圖5中彩色部分為散射波能量成像結(jié)果，背景為克?；舴虔B前深度偏移成果剖面。由圖5可以看出，散射點(diǎn)廣泛分布于斷層交叉點(diǎn)、構(gòu)造轉(zhuǎn)換處以及潛山內(nèi)部。

圖5 散射波成像與常規(guī)的疊前深度偏移疊合剖面

相關(guān)地質(zhì)研究表明，自古生代以來，曙光潛山在多期次構(gòu)造運(yùn)動的改造下，內(nèi)幕斷裂十分發(fā)育，儲層裂縫發(fā)育程度高。散射波成像結(jié)果與潛山內(nèi)幕復(fù)雜裂縫系統(tǒng)吻合較好，為更好地研究潛山內(nèi)幕油氣藏提供了有利的依據(jù)。根據(jù)成像結(jié)果，結(jié)合綜合地質(zhì)研究，重新落實(shí)了曙光潛山的內(nèi)幕結(jié)構(gòu)特征，落實(shí)內(nèi)幕有利圈閉面積為35 km2，預(yù)測資源量達(dá)7 000×104t。

3 結(jié)論及建議

(1) 遼河油田曙光潛山帶地震資料散射波成像技術(shù)研究實(shí)踐證明，在該地區(qū)散射波成像技術(shù)可行，其對小尺度地質(zhì)構(gòu)造成像有效。

(2) 散射波成像技術(shù)具有較好的應(yīng)用潛力，可應(yīng)用于潛山內(nèi)部更深區(qū)域探測。在數(shù)據(jù)域和成像域?qū)Ψ瓷淠芰窟M(jìn)行2次壓制，再結(jié)合散射波成像算法，既使反射能量比散射能量強(qiáng)數(shù)百倍，仍可以獲得高質(zhì)量的散射波成像結(jié)果。

(3) 為了保證該技術(shù)的應(yīng)用效果，要求地層速度準(zhǔn)確，且在散射波成像前各類噪音和分散的相干能量必須去除，即地震資料的預(yù)處理對技術(shù)應(yīng)用的成功至關(guān)重要。