地震資料疊前深度偏移處理質量控制

侯鳳蓮，袁昌林，吳鐵壯

1.中國石油東方地球物理公司研究院華北分院 （河北 任丘 062552）

2.中國石油勘探與生產工程監督中心 （北京 100083）

3.中油國際（塔吉克斯坦）公司 （河北 任丘 062552）

目前,大部分油田都相繼進入勘探開發的中后期，油氣勘探工作難度逐漸增大、勘探難點日趨增多。高陡傾角構造多、逆掩斷層發育、鹽丘形態厚度不均等。這些地層地質構造復雜，儲層巖性橫向速度變化快、變化大，其地震資料信噪比一般比較低，疊前時間偏移不能解決成像點與地下繞射點位置不重合的問題，成像往往得不到精確的地下構造形態。而疊前深度偏移技術恰恰是解決復雜地質構造成像的有效工具，能夠實現共反射點的疊加和繞射點的歸位，可以修正陡傾角地層和橫向速度變化產生的地下圖像畸變，使復雜構造或地層橫向速度變化較大區域的地震資料能夠正確成像[1-2]。疊前深度偏移在解決復雜地質構造成像問題的同時還能提高資料信噪比和分辨率，壓制多次波以及突出深層反射。不僅如此，與傳統的時間域地震剖面相比，深度域成像的地震剖面更具地質意義。

實現疊前深度偏移的方法和手段多種多樣，包括克希霍夫積分法、波動方程有限差分法、MF法及CFP法。但是，目前技術最成熟、應用最廣泛的方法還是克希霍夫積分算法[3]。其具有高偏移角度、無頻散、占用資源少和實現效率高的特點，能夠適應變化的觀測系統和起伏的地表。優化的射線追蹤法和改進的有限差分法能夠在速度場變化的情況下，快速準確地計算繞射波和反射波旅行時，從而使積分法能夠適應復雜的構造成像。以克希霍夫積分法疊前深度偏移為例，介紹資料處理過程中的關鍵環節和質量監控。

1 疊前深度偏移處理成像的影響因素

疊前深度偏移技術與其他幾種地震資料處理技術一樣，其偏移剖面質量也會受到多種因素的影響，除其自身的偏移算法存在近似和不完善外，主要的影響因素還有以下4個方面。

1.1 野外采集

地震采集原始資料質量直接影響到后期的偏移成像效果。觀測系統設計、震源激發方式、地震施工方法、工區的地表形態和地下地質構造等都會影響地震采集資料的品質。工區內各類干擾源（包括風吹草動、油井、輸油管線、車輛振動、人為活動、50Hz工業電等隨機干擾和高頻干擾）也會影響到信號的接收，產生噪聲。這些影響在現場施工前設計和施工過程中應加以注意，實在不能克服的在后期處理中運用相關的技術加以消除或削減。

采集時排列長度與目標地層埋藏深度之間應匹配，以保證速度分析的精度和靈敏度，并且確保深度偏移所需信息的完整和正確。如果目標區為深層構造，則野外采集時要確保深層低頻信息的獲得。采集數據應具有一個較高的覆蓋次數且均勻的方位角和高信噪比。針對施工的復雜情況，用大地坐標進行觀測系統定義。做好不同采集因素之間一致性的試驗工作，確保能量、極性、頻率和相位一致。

1.2 靜校正技術

地震勘探解釋理論假設激發點與接收點是在一個水平面上，并且地層速度均勻，但實際情況往往不是這樣。因此，處理時需要對原始地震數據進行地形校正、激發深度校正、低速帶校正、相位校正、儀器因素校正等靜校正。

解決靜校正問題有折射波、層析等低降速帶靜校正方法和初至波、反射波等剩余靜校正方法，但面對地表問題十分突出的地區，需要進一步改進，才能真正適合疊前深度偏移需要。

1.3 時間域信噪比處理精度

影響疊前深度偏移精度的最重要因素是速度深度模型，建立速度深度模型的依據來源于時間域的處理結果，需要在時間域處理剖面中進行層位解釋來建立速度深度模型。高信噪比的疊前數據有利于提高速度分析的精度，加快迭代逼近速度。同時，可以保證構造解釋的準確性。當地震數據信噪比較低時，難以求得一個準確的相干反演層速度結果。所以在疊前深度偏移之前必須做好時間域處理工作，應在疊前采用定量分析軟件分析不同干擾源的特點，找出干擾源的變化規律，在處理中做好信噪分離，做一些提高信噪比的工作之后才能開展疊前深度偏移處理[4-6]。

1.4 速度深度模型的精度

速度深度模型的精度是疊前深度偏移處理的關鍵，特別是克希霍夫疊前深度偏移為積分法偏移，是一個過分依賴速度模型的方法，其成像的質量和準確性依賴于偏移所用速度模型與真實模型的逼近程度。然而，由于采集方法、地表形態、地下構造等客觀原因和處理人員技術、經驗、處理周期等人為因素，最終用于偏移的速度深度模型有時與實際情況差別較大，導致成像效果受到很大影響。為建立高精度的速度深度模型，歸納起來必須做好如下幾點：

1）層位模型需以地質模型為基礎，并符合構造、沉積規律，符合地球物理要求。

2）在信噪比不太高的情況下，需要多次進行速度迭代，提高最終的速度精度。

3）速度變化劇烈的區域，在時間偏移剖面上解釋的層位形態會有較大誤差，此時需要在深度偏移的基礎上再做深度域的層位解釋，確保層位拾取合理，速度準確。

4）疊前深度偏移分為二維疊前深度偏移和三維疊前深度偏移，但二維疊前深度偏移不能區分側面反射波，不能解決側面折射問題。特別是對于地下構造較復雜的區域，二維疊前深度偏移無法在空間上解決速度建模問題，此時只能進行三維疊前深度偏移。

2 疊前深度偏移處理關鍵技術

克希霍夫積分法疊前深度偏移過程中，建立層速度深度模型是非常重要的一個環節，這種偏移方法對偏移速度的精度要求很高，速度模型的正確與否或其精度的高低直接影響著偏移成像的效果。因此，疊前深度偏移處理的關鍵技術就是圍繞建立初始速度模型、迭代優化速度模型及最終的深度偏移所使用的技術。

2.1 求取層速度技術

為求取層速度，首先要建立時間層位模型，對地震資料先進行疊前時間偏移處理，然后在疊前時間偏移剖面上由淺到深逐層拾取時間偏移層位，最后將其用作疊前時間偏移時的均方根速度反偏到疊加剖面上，得到時間層位模型。對復雜構造區域，一般先在疊后時間偏移剖面上拾取速度界面，建立時間偏移層位模型，再將其反偏到疊加剖面上。建立時間層位模型后，再用層速度模型對時間層位進行射線偏移，就得到初始的層速度深度模型。

2.2 優化層速度技術

初始的層速度深度模型一般比較粗糙，要得到準確的速度深度模型，還需要綜合利用各種技術方法不斷優化層速度模型，直至成像結果與地下地質情況吻合為止。優化的方法可歸納為3種：①不改變初始的時間模型，進行剩余速度分析調整速度模型；②利用層析成像技術逐層逐次迭代，得到合理的層速度模型；③先利用初始模型偏移成像，然后在此基礎上重新進行層速度分析以優化層速度模型，再做疊前深度偏移，以此反復迭代，直到CRP道集拉平為止。

2.3 深度偏移技術

通過前面技術的應用，充分優化了速度模型，保證得到的速度體符合地質規律，同時滿足處理要求，此時即可利用該速度體以及試驗確定的偏移孔徑、方位角寬度 、深度采樣率、去假頻參數等參數進行射線偏移、疊前深度偏移處理，得到最終的疊前深度偏移數據體，即疊前深度偏移成像剖面。

3 疊前深度偏移處理質量控制

資料處理的質量控制是全方位、全過程的，即在項目運行時應始終把完整的質量控制貫徹到處理過程中的每一步，做到處理員自查，項目長檢查，第三方監督、主任工程師以及主管領導層層把關的逐級檢查制度。

3.1 熟悉地質任務和處理的主要技術質量要求

地震資料處理目的是得到地層剖面，落實地質構造、沉積現象以及地質層位、斷層斷面等地質特征。具體到某一區塊和某一種處理方法時會有更加詳細的處理地質任務目的。如目的層反射資料信噪比高，相應地質層位及構造、沉積現象清晰，斷層斷面反射清晰，斷點清楚可靠，反射界面連續性好，波組特征明顯，最終資料滿足構造解釋和各種地質現象的識別等。在處理資料之前應該清楚這些地質任務和質量要求，以便在處理過程中做到有目的性和針對性。

3.2 分析輸入數據

分析輸入數據是為了了解輸入數據的品質，為后期的資料處理提供思路和重點。具體的輸入資料分析包括4個方面：

1）野外觀測系統分析。這部分內容主要包括：全區炮點、檢波點分布調查，偏移距及覆蓋次數分布分析，從炮點分布平面圖上檢查工區野外資料采集時是否存在變觀；從炮檢距分布圖上檢查偏移距分布情況，注意偏移距分布不均引起速度能量團不集中進而影響速度分析精度問題；另外，需檢查工區，特別是目標區的覆蓋次數是否均勻，深度偏移工作前應保證全區道集數據體能量調整到位，可以滿足深度偏移的需要。

2）CMP道集分析。一方面需要了解全區的淺、中、深數據資料尤其是目的層的信噪比和能量分布情況；另一方面還需要了解變觀附近CMP道集內偏移距是否均勻。通過調顯工區的道集以及對應的垂向速度譜和疊加剖面，以達到全面掌握全區道集的質量，有針對性地制定處理對策的目的。

3）了解全區的地質結構。深度偏移處理本身就是解釋性處理，速度建模的過程就是對地質結構從認識到再認識的過程。因此，在深度偏移建模之前應與解釋人員以及熟悉該區地質特點的地質專家充分結合，同時收集工區內的相關井資料和井位標定信息，并把獲得的所有信息和認識與實際資料結合起來，詳細分析工區的地質結構，以達到全面了解全區的地質結構、地層分布、鉆井信息等情況，更加合理地解釋各主要目的層的層位。

4）疊前時間偏移RMS速度分析。通過RMS速度轉換是求取層速度的一種方法，對其分析的主要目的是了解疊前時間偏移提供均方根速度場的變化趨勢與地層產狀是否一致，以及了解清楚地層速度橫向變化大、變化快的關鍵位置，因為速度橫向變化最劇烈的地方往往就是深度偏移與時間偏移的成像變化區別最大的區域。同時，還要認識到通過DIX公式轉換RMS速度場得到的層速度，其曲線形態會發生變化，特別是深層幅度變化更大，需要在處理時加以注意。

3.3 建立初始層速度界面模型

要建立速度模型，首先就需要在時間域剖面上進行拾層，然后進行層速度分析，求取層速度，需要注意的是每一種求取層速度方法的適用條件、實施效率和結果精度問題。在建立層速度界面模型時應根據不同的地質構造、不同的地層屬性，以及資料信噪比的高低等情況選擇一種或幾種方法綜合運用求取，確保得到滿足偏移要求的速度模型。

層位解釋和速度求取是在時間域剖面上從上到下逐層進行的，首先解釋第1層層位。若提供的CMP道集做過切除，即在某個時間段以上沒有資料數據，這時應將第1層建在剛好沒有數據的位置上。解釋第2套層位時，應在某個旅行時附近選擇一套能量相對較強的同相軸，使CMP道集在這一時間段上中偏移距大小適中，所對應的覆蓋次數適中，這有利于速度模型的優化和下層速度的準確求取。第2層及以下層位進行深度偏移反復迭代時，應利用該層的速度，觀察該層以下速度變化情況，以此來確定其下一層的解釋方案，并決定是否建立速度梯度。以此類推，建立一整套完整的速度界面模型，最后再進行網格化，形成時間域的界面模型。用層速度模型對時間層位進行射線偏移得到深度界面模型。在上述過程中同時應與解釋工程師結合，如果有地質解釋層位，還應參考地質層位來建立深度偏移所需的速度層位。

利用這套建模思路不僅可以很好地控制層位數及層速度的合理性、可靠性，還能大大提高工作效率，縮短處理周期。

在求取層速度建立界面模型時應把握幾個原則：

1）層位選擇和追蹤時盡量避開具有特別復雜的構造現象和無把握解釋的區域，可將這些區域包含于能可靠追蹤的大層間隔中，盡量減少拾層錯誤，以便使其自然成像，在改進后的成像剖面上再對其追蹤對比，從而達到使其在下一此迭代過程中更好成像的目的。

2）建立時間速度模型的關鍵是追蹤層速度界面，首要考慮的是界面上下兩層有較大的速度差異，即時間模型的建立要選擇和追蹤那些對地震波場傳播影響最大的層速度界面。

3）進行層位解釋時，需要經過反復多次修改，同時對速度非常敏感區域還可以適當加密層位劃分。

4）建立的層位界面應盡可能平滑，便于獲得較好的成像效果，符合地質特征。

5）淺層地震波傳播速度低，其偏移成像對速度非常敏感，所以淺層的層速度界面應拾取的較密。反之，深層地震波傳播速度大，其偏移成像對速度的敏感性相對變小，層速度界面可拾取的稀疏些。總之，層位的修改或增加應根據垂向剩余速度譜分析和偏移效果等決定。

6）追蹤時選擇連續性好、能量強，又能控制全區的構造形態的同相軸，在選擇主測線對比追蹤的同時，又用聯絡線來達到全區閉合。

7）在斷層發育、斷距落差較大的區域，求取層速度時應通過修改梯度的參考深度來提高其精度，這對深層成像效果改善明顯。

3.4 優化模型

優化模型包括優化時間域層位模型和優化深度域速度模型2個環節。時間域層位模型是深度域速度模型的基礎，所以，一開始就需要對時間域層位模型充分進行優化，直到模型和偏移成像結果基本吻合。深度域速度模型準確與否直接影響剖面質量、成像效果，在對數據疊前深度偏移處理前也需要對深度域速度模型進行若干次迭代，同時還應結合軟件自身提供的控制手段如檢查CRP道集是否拉平，檢查深度剖面成像是否合理，以及用鉆井分層數據與深度剖面數據進行對比等進行優化，得到最終的深度速度模型才用于體偏。模型優化應注意以下幾方面：

1）淺層速度尤其重要，因為如果有誤差會逐層傳遞，對深層成像產生嚴重的影響。因此，在對下一個層位進行反演之前，應確保該層位及以上層位的層速度已獲得優化的數值。

2）進行速度調整時應遵循從“垂向”到“橫向”的原則，即首先檢查速度梯度是否合理，利用CRP道集檢查垂向剩余速度譜，若層間能量團都趨于零，則速度梯度合理，否則修改速度梯度。在速度梯度趨于合理后再沿層做剩余速度分析。

3）利用修改梯度的參考深度優化模型。對構造復雜地區，橫向速度不僅沿層有變化，層間縱向上也有變化，此時層速度求取困難，往往需要運用速度梯度參數。通常是每分析一層，都用上一層作為梯度的參考深度來提取速度和梯度，建立速度深度域模型。如果目標線偏移剖面比例到時間剖面后，同相軸彎曲，出現直立斷層，折頭處與上一層斷層一致，這種情況深層同相軸受影響更大，尤其在陡傾角斷層及斷裂發育區部位影響更加明顯，而在疊前時間偏移剖面中不存在直立斷層，這應該就是速度不準產生的。在這種情況下為準確求取層速度，需要修改梯度的參考深度，用接近上一層層位并靠近強同相軸的同一個深度來提取速度和梯度，重新建立速度深度域模型，偏移后比例到時間剖面上以不存在這些直立斷層，同相軸光滑連續為止，說明此時的速度才準確合理。

4）在做垂向的剩余速度分析過程中，如發現因同一層內速度在深度方向上仍存在梯度變化進而影響層內波組成像時，可以在時間偏移剖面的層位拾取中再增加一個層速度界面或重建部分層速度界面模型，用這種修改梯度的方法可以有效改進該層的偏移成像效果；如發現在同一層內速度梯度合理，在深度方向上仍存在層間能量團未趨于零，此時應通過能量團的剩余速度函數求出速度值。

5）沿層的剩余速度分析也是必須的，方法是將得到的剩余速度值平面圖與原有速度模型相加，對深度層速度模型優化后進行目標偏移。再重復上述過程，這樣反復迭代，直至得到的剩余層速度誤差趨于最小，得到該層最終的層速度平面圖。在CMP道集信噪比較高，同相軸形態清晰可辨的情況下，用該方法效果較好。

3.5 疊前深度偏移

影響克希霍夫積分法疊前深度偏移處理效果的主要參數有2個：一是輸入的共中心點道集質量；二是參加求和道數的偏移孔徑大小。孔徑太小，會導致陡傾角的消逝，同時原來道與道之間的不相關噪聲容易被改造成一定程度的相關噪聲，形成一些假的、短的同相軸。孔徑太大，則會引入空間假頻等噪聲，同時也增加了不必要的工作量。理論上偏移孔徑是根據地層最大傾角來確定的，但在實際處理中，在深度體偏前可通過做不同孔徑值的疊前深度掃描和不同拉伸系數值的疊前深度掃描，根據目標線成像效果來確定最佳偏移孔徑和拉伸系數。在做好所有基礎處理工作和偏移參數的優選后，進行體偏從而得到最終的疊前深度偏移數據體。

4 結論

1）疊前深度偏移處理是地震資料處理中的新技術，目前已越來越多地應用于實際工作中，特別對于復雜地表和復雜地質條件的區域，其能有效改善剖面成像效果。

2）建立合理的處理流程，根據工區地質情況和輸入資料品質選擇有效的處理技術。

3）質量控制重點放在速度模型的建立和迭代優化上，通過層位的拾取、反復修改、加密和充分的速度迭代分析，最終建立準確的速度深度模型用于偏移處理。

4）充分利用地質鉆井、測井、合成記錄等資料。

5）采用定性判斷、定量分析相結合的辦法，選擇有代表性的點、線、面、體作為全程監控的對象，進行質量全程監控。

[1]ETIENNE R．地震資料疊前偏移成像[M]．北京：石油工業出版社，2012：67-77．

[2]趙玉蓮，李錄明，王宇超，等．復雜構造地震疊前深度偏移方法及應用[J]．煤田地質與勘探，2006，34（6）：60-62．

[3]渥．伊爾馬滋.地震資料分析[M]．北京：石油工業出版社，2006：999-1014．

[4]王彥倉，葉秋焱．華北石油地震勘探應用技術[M]．北京：石油工業出版社，2010：115-120．

[5]劉素芹，何旭莉，何潮觀，等．疊前深度偏移及應用研究[J]．西南石油大學學報：自然科學版，2009，31（4）：35-37．

[6]羅銀河，劉江平，俞國柱．疊前深度偏移述評[J]．物探與化探，2004，28（6）：540-545．