炮檢分離浮動基準面處理方法在復雜山地地震成像中的應用

潘龍　馬俊彥　秦宏國　阿里甫江·熱合木吐力　韓曉麗　陳銘培

摘? 要：準噶爾盆地南緣山地地表起伏劇烈、地下構造復雜且速度場縱橫向變化大，地震數據原始單炮一致性差、信噪比低，這對山前帶起伏地表地震成像造成了巨大挑戰(zhàn)。為完善復雜條件下低信噪比山地資料的起伏地表處理技術，以提高山地資料地震成像精度，本文提出了保持炮檢點一致性的浮動基準面處理方法。通過配套的時間域處理和深度域速度建模技術，實現了炮檢點分離的浮動地表處理思路?；谀暇壦目脴涔^(qū)連片深度偏移生產中的實際應用，證明了該處理思路能夠有效提高復雜構造成像質量，同時大大縮短處理項目周期，現已成為雙復雜地區(qū)地震成像的主力技術手段，可以廣泛推廣到其它地區(qū)山前帶起伏地表地震成像中。

關鍵詞：準噶爾盆地南緣;速度模型;炮檢點分離;疊前深度偏移

當前，我國在山前帶地震成像研究方面處于國際領先地位，得益于山前帶盆地邊緣是我國重要的油氣勘探領域，而落實構造成像是前陸沖斷帶油氣勘探面臨的首要問題[1]，目前，國內在這方面有非常豐富的研究實例。山前帶資料處理的技術焦點是解決地表起伏和淺表低速風化層對地震成像的影響，其最典型的為靜校正技術，用靜校正方法將淺表問題簡化。

2010年前，生產中起伏地表處理基本是將靜校正量平滑量作為浮動基準面，通過反射波剩余靜校正，浮動面時間偏移的流程進行地震成像。而隨著對山前帶成像研究的深入，程玖兵、馬在田等證明時間域靜校正為主的方法帶來成像誤差遠大于深度域起伏地表的偏移成像誤差[2]。為適應浮動地表偏移成像的需要，對于傳統(tǒng)CMP一致性的浮動地表靜校正方法需要做出改變，王華忠、徐凌、范旭等都做出了探索并提出處理流程[3-6]。西方奇科的解決方案是深度偏移數據準備要反掉所有的校正量（包括剩余靜校正量），重新求取地表平滑的浮動基準面進行深度域建模和偏移[7]。反掉靜校正量后，地震數據道間時差造成數據一致性差，直接偏移成像質量并不好，為此胡英、王春明等發(fā)展了求取小平滑面，再求取匹配校正量的方法提高數據和速度模型的匹配度[8]。成像技術也由時間域轉到深度域，小平滑浮動基準面和從淺到深的整體速度建模技術日益完善，強調的是少使用校正量，用淺層速度建模和真地表或小平滑面近似真地表的深度偏移成像來解決淺表問題。但山前帶地區(qū)淺表層條件復雜，數據受高程和復雜風化層影響，道間不同相且信噪比低。實踐證明，山前帶靜校正和剩余靜校正是提高數據一致性成像質量的重要手段。傳統(tǒng)小平滑面浮動地表偏移并不能很好地利用時間域處理道集，加之淺層建模難度大，實際應用效果并不好。而生產中需要時間域保持炮檢點地表一致性使之適合深度偏移建模，又能夠應用靜校正和反射波剩余靜校正技術的方法，達到時間域和深度域處理的數據統(tǒng)一。本文將就此問題的形成原因進行分析，探討其解決方法，并通過實際研究實例證明該解決方法的有效性。

1? 炮檢分離浮動基準面處理方法

1.1? 傳統(tǒng)起伏地表靜校正處理方法

起伏地表處理的核心是浮動基準面選擇和靜校正的應用方式，傳統(tǒng)起伏地表靜校正應用是采用CMP一致性原則。

圖1-a為西方奇科處理系統(tǒng)浮動地表處理原理圖。圖中是一CMP點的靜校正應用示例，該CMP點的浮動面低頻量CMP_DATUM定義如公式（1）所示，1-N代表此CMP內有N個地震道，其中S為炮點校正量，R為檢波點校正量。浮動面可以理解為所在CMP點的所有炮點和檢波點的靜校正量的平均值，是一個緩慢變化的低頻量;認為CMP內的所有地震道的觀測都在此CMP所在的平面上，其炮檢點應用靜校正剩余量為公式（2）所示，校正量是所在CMP面的浮動面的一半減去炮檢點本身校正量，隨CMP位置改變。

靜校正應用后，使每個CMP點道集的反射時距關系近似雙曲線，據此動校正后疊加質量大幅提高，同時通過后續(xù)速度分析和剩余靜校正提高地震數據的疊加質量。

起伏地表深度偏移需計算炮點位置到檢波點位置的傳播走時，對數據要求每個炮檢點位置所應用的靜校正量要保持一致。因此，應用過CMP一致性的靜校正后的數據，不能作為浮動地表深度偏移處理的輸入數據，主要原因：①浮動基準面是來自于校正量的平滑，而不是地表平滑，把它作為炮檢點處理基準面，基準面的物理意義不明確，不能匹配實際速度模型。同時在高程變化大的地區(qū)大平滑帶來的誤差較大[2];②數據上炮檢點應用校正量是非地表一致性的，對于每個炮檢點其應用的校正量是隨其所在CMP位置改變的，這與實際不符。傳統(tǒng)浮動基準面處理強調的是通過時間域靜校正和剩余靜校正方法提高道集的一致性，提高道集疊加質量。對比傳統(tǒng)浮動地表處理，小平滑面深度建模處理強調的是保持炮檢點位置，選取小平滑處理面和高頻校正量，通過淺地表速度的精確求取解決道間時差問題，從而更有利于建立合理的深度域模型。

1.2? 炮檢分離浮動基準面實現的思路

炮檢點分離的浮動基準面處理方案以深度偏移處理數據相匹配為原則，浮動基準面選擇地表高程平滑面（圖1-b）。此時浮動基準面在時間域是高程校正量的平滑量2倍（雙程旅行時），在深度域就是起伏地表偏移的起始面。

靜校正處理采用炮檢點一致性的方式，炮檢點校正量的應用部分就是炮檢點校正量與高程校正量的差值，如公式（3）所示。SHOT_DATUM和REC_DATUM分別是炮、檢波點位置的浮動基準面的值，此時炮點、檢波點和CMP點所在基準面是一致的，只是位置不同，靜校正應用后數據保持在浮動基準面位置。

炮檢點一致性靜校正應用后保證了深度域和時間域的數據統(tǒng)一，可以應用到深度偏移，同時帶來一個問題：每一個CMP道集的炮、檢點由于其來源于不同位置，每一道包含了地表起伏引起的剩余時差，按照常規(guī)的CMP點速度進行雙曲線動校正后，道集同相性差，最終疊加質量不好。為解決這個問題，引入了雙平方根（Double Square Root）動校正方法，雙平方根動校正量計算見公式（4）。式中分兩部分分別計算炮點和檢波點的動校正量，校正后統(tǒng)一到CMP浮動基準面上來。

圖2-a為不考慮炮檢點位置，用CMP所在點的速度進行常規(guī)動校正后的道集，其中保留了炮檢點位置相關的剩余時差（圖上紅色曲線所示）;圖2-b為考慮炮檢點位置（a，b）使用雙平方動校正后的道集，校正了炮檢點位置時差后道集同相性變好，這一實驗證明了雙平方根動校正的有效性。

1.3? ?炮檢分離浮動基準面配套處理技術

炮檢分離浮動基準面靜校正應用，實現了將炮點、檢波點和CMP點統(tǒng)一在地表平滑面上，也就是地震數據的處理面，后續(xù)的配套處理技術都是在此基礎上進行的。時間域配套處理技術主要包括浮動面疊前噪音衰減技術、浮動面的雙平方根動校正技術、浮動面地表一致性剩余靜校正技術等。深度域處理輸入時間域統(tǒng)一的道集，配套建模技術包括淺層回轉波層析反演建模、構造約束的全局網格層析反演、淺中層速度模型融合及迭代技術等[9-11]。

2? 應用實例及效果分析

2.1? 工區(qū)概況和處理難點分析

研究工區(qū)地處準噶爾盆地南緣，位于天山北麓的四棵樹地區(qū)。該區(qū)塊地表條件復雜，工區(qū)地勢南高北低，南側山地起伏劇烈，海拔從780～2 000 m，最大山體落差達850 m，地表速度橫向變化劇烈，靜校正問題嚴重，是典型的山前帶起伏地表勘探問題。

復雜的地表環(huán)境使得地震采集難度加大，造成地震資料存在劇烈的道間時差，同時單炮記錄被多次波、面波、多次諧波干擾及環(huán)境噪音嚴重污染，資料整體信噪比較低，在單炮記錄上幾乎看不到有效反射信息。除復雜地表帶來的處理難度之外，地下逆沖推覆構造使地震波場變得復雜，且速度橫向變化強烈，造成地震成像的多解性和不確定性[12]。四棵樹工區(qū)是典型的“地表復雜、地下復雜”雙復雜地區(qū)，前期深度域成像的質量并不理想，2019年新疆油田在此地區(qū)部署了高覆蓋三維地震采集，下面就以此項目為研究實例，重點介紹炮檢分離浮動基準面處理深度域速度建模技術及其應用效果。

2.2? 炮檢分離浮動基準面深度域建模

炮檢分離浮動基準面處理的地震數據成像面是地表平滑面，深度域速度建模采用基于浮動地表的整體速度建模流程，堅持科學、有效和數據驅動原則，最大程度利用地震數據和地震地質認識作為約束從淺至深建立合理的速度模型。①淺層低速帶的速度建模采用初至回轉波層析反演建模方法。該方法基于程函方程的近似，表述了聲波在已知速度模型中走時與傳播距離的關系。層析反演后的速度模型不僅很好地刻畫近地表的低降速帶速度分層，還引入了更多的速度細節(jié)，將工區(qū)內的橫向速度變化雕刻得更加清晰，得到相對精準的近地表深度域速度模型。②初至波反演的缺點是速度更新的覆蓋范圍較淺，穿透深度多在500～800 m。一般來講速度穿透范圍內的速度是可信的，應該充分利用。如何利用好淺層精確的初至反演速度，做好淺層和中深層速度的模型融合，是浮動地表速度建模的關鍵一步。中深層速度可利用疊前時間偏移的速度場并轉換為深度域層速度得來，速度融合的界面選擇參考回轉波射線密度可信穿透深度，在射線密度體上拾取融合層位。圖3為淺層和中深層速度的模型融合前后的速度和偏移剖面對比。如紅色箭頭所示可見速度融合后淺地表橫向速度變化明顯，對應成像剖面淺層地質體刻畫得清晰可見，充分證明炮檢分離浮動基準面處理深度域淺層速度建模精度高。③在淺地表速度模型較精確的前提下，利用全局反射波網格層析反演，以數據為驅動更新中深層速度模型?，F階段層析反演中通過自動拾取地層走向，加入地質信息約束，有效減少了網格層析疊前深度偏移次數，提高了深度偏移速度建模的精度和效率[13-15]。

2.3? 炮檢分離浮動基準面處理成像效果分析

圖4為南緣四棵樹地區(qū)時間域常規(guī)起伏地表處理方案和炮檢分離起伏地表處理方案疊前時間偏移剖面對比。由圖4-b可見，炮檢分離浮動基準面處理的山前帶資料成像質量明顯提高，特別是在箭頭所在地表高程變化劇烈的區(qū)域，從淺至深成像質量改善顯著，證明了此技術時間域處理的有效性。

如圖中圓圈和箭頭所示，本文所述的炮檢分離方法有效刻畫了之前基本不成像的山前帶區(qū)域的構造模式，成像質量有明顯提高（圖5）。

通過在新疆南緣四棵樹地區(qū)實際生產中的應用，炮檢分離起伏地表處理疊前偏移成像結果無論在信噪比、地層接觸關系及構造細節(jié)上均得到了明顯改善，更好地描述出斷層的特征與展布，并能雕刻出推覆體中的弱反射，尤其表現在逆掩推覆構造帶成像，使得最新的地震剖面更能助力工區(qū)構造模式建立及背斜圈閉特征與高點位置的落實。

2.4? 炮檢分離浮動基準面處理技術的生產實用性

隨著地震采集走向寬方位、高密度，地震數據逐漸走向海量，地震資料處理的工作量也隨之增加，處理周期增長，嚴重制約了勘探生產中對短工期的需求。傳統(tǒng)浮動地表處理由于不能很好得解決時間域處理和深度域處理數據一致性問題，深度域處理前往往要回頭反掉校正量重新求取處理基準面并重新準備深偏輸入數據，大幅增加了項目周期。炮檢分離浮動基準面處理流程克服了傳統(tǒng)起伏地表處理的缺點，從處理工序的第一個環(huán)節(jié)精校正開始進行炮檢點分離，整個處理流程無需返工，大大縮短了資料處理周期，是一種快捷方便有效的實用性技術。新疆準噶爾盆地南緣四棵樹連片深度偏移實際生產中，原始數據達到35 T，此方法的應用將項目周期大幅提前3個月，證明了在生產中高效的適用性。

3? 結論

在起伏山地原始單炮信噪比較低且地下構造復雜、速度場縱橫向速度變化劇烈的資料背景下，本文分析了現階段山前帶起伏地表處理面臨的難點，并從浮動基準面靜校正量應用角度提出了保持炮檢點一致性的浮動地表處理方法。該方法在時間域既能保持炮檢點地表一致性使之適合深度偏移建模，又能夠應用靜校正和反射波剩余靜校正技術，從而提高資料信噪比，達到時間域和深度域處理的數據統(tǒng)一。該方法在深度域速度建模通過淺層回轉波速度反演、淺中層速度模型融合及全局網格層析速度反演等技術應用，既能建立符合波場傳播特征的全深度速度模型，又能夠成功解決山前帶復雜地表、復雜構造的雙復雜條件下的深偏建模問題。

通過在新疆準噶爾盆地南緣四棵樹連片深度偏移實際生產中的應用，證明炮檢分離浮動基準面解決方案能夠有效提高構造成像質量，同時大大縮短復雜構造的地震建模和成像項目工期，有助于優(yōu)化井位部署并縮短勘探周期。該方法是現階段起伏地表處理的有效方法，相信會成為未來生產中的主力技術并推廣到其它地區(qū)山前帶起伏地表成像研究中。

參考文獻

[1]? ? 李明， 張研， 趙一民，等.塔里木油田風險勘探中地震技術應用問題思考[C].中國油氣論壇塔里木盆地油氣勘探開發(fā)技術專題研討會. 中國石油學會;世界石油大會中國國家委員會;科技部， 2013.

[2]? ? 程玖兵，王華忠，馬在田. 雙平方根方程三維疊前深度偏移 [J].地球物理學報，2003，46（5）：676-683.

[3]? ? 劉少勇，王華忠，張兵.起伏地表Kirchhoff積分法疊前深度偏移? ? ? ? ? ? 方法研究與應用[C].2010年國際石油地球物理技術交流會會議? ? ? ? ??？?2010，49-54.

[4]? ? 黃麗娟，羅文山，方勇，等.天山南北復雜構造成像技術進展及應用效果[J].新疆石油地質，2020，41（1）：114-119.

[5]? ? 王華忠， 劉少勇， 楊勤勇，等. 山前帶地震勘探策略與成像處理方法[J]. 石油地球物理勘探， 2013， 48（1）：151-159.

[6]? ? 劉玉柱，程玖兵，董良國，等.面向起伏地表偏移成像的表層靜校正方法[J].石油物探，2012，52（6）：584-588.

[7]? ? 婁兵，羅勇，范旭，等.準噶爾盆地南緣復雜構造地震成像方法與實踐[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2019，72-173.

[8]? ? 王春明， 胡英， 張鑫， 等. 起伏地表各向異性全深度整體速度建模技術及應用[C]. 油氣地球物理學術年會論文集.2019

[9]? ? 馬彥彥，李國發(fā)，張星宇，等.疊前深度偏移速度建模方法分析[J].石油地球物理勘探，2014，49（4）：687-693.

[10]? 邵雨，李學義，孔智勇，等.模型速度建場方法的應用研究[J].石油地球物理勘探，2003，38（6）：675-679.

[11]? 張敏，李振春.偏移速度分析與建模方法綜述[J].勘探地球物理進展，2007，30（6）：421-427.

[12]? 羅勇，張龍，馬俊彥，等.復雜構造地震疊前深度偏移速度模型構建及效果[J].新疆石油地質，2013，34（5）：576-579.

[13]? 李源，劉偉，劉微，等. 各向異性全速度建模技術在山地地震成像中的應用[J].石油物探，2015，54（2）：157-164.

[14]? 沈水榮，譚天，彭文緒，等.各向異性疊前深度偏移在K油田的? ? ? 應用[J].地球物理學進展，2015，30（3）：1224-1229.

[15]? 李慧，成德安，金婧，等.網格層析成像速度建模方法與應用[J].? ? ?石油地球物理勘探，2013.48（S1）：12-16.

Abstract：The mountainous surface in the southern margin of Xinjiang Junggar Basin is characterized by intense undulation， complex underground structure， large vertical and horizontal variation of velocity field， poor consistency and low signal-to-noise ratio of raw seismic data， which poses a great challenge to seismic imaging of undulated terrain in the piedmont belt.To perfect mountain complex conditions and low SNR data of irregular surface processing technology， thus improve the mountain seismic data imaging accuracy， this paper proposes a floating datum processing method which keeps shot and receiver consistency， through the supporting time domain processing and depth domain velocity modeling technology， implements the floating surface processing idea of shot and receiver separation.Based on the Sikeshu contiguous working area in the southern margin depth migration in the production of practical application， proved that the treatment can effectively improve the quality of complex structure imaging， at the same time， shorten project cycle， has now become a double complex areas the main seismic imaging technology， can be widely applied to other areas in the piedmont zone irregular surface seismic imaging.

Key words： Southern margin of Junggar basin; Velocity modeling; Shotand receiver separation; Prestack depth migration