逆時(shí)偏移成像技術(shù)在南陽(yáng)凹陷復(fù)雜斷塊區(qū)的應(yīng)用

張永華，李 鋒，張 悅，林社卿，鄭凱文，董騏瑜

（1．中國(guó)石化河南油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南鄭州 450000；2．中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠；3．中國(guó)石化石油工程地球物理有限公司華北分公司）

對(duì)于地下構(gòu)造復(fù)雜、速度橫向變化大的地區(qū)，疊前偏移時(shí)間處理不能滿足地下精細(xì)成像的要求，需要通過(guò)疊前深度偏移處理才能保證復(fù)雜斷裂帶的準(zhǔn)確成像。疊前深度偏移方法主要有克希霍夫疊前深度偏移、逆時(shí)偏移等。克希霍夫疊前深度偏移運(yùn)算速度快、偏移精度高，但存在不同程度的近似性和方法上有假頻等問(wèn)題，影響了偏移成像的精度。逆時(shí)偏移處理技術(shù)能有效地解決地震波傳播的多路徑問(wèn)題[1-2]，有利于提高復(fù)雜斷裂帶的成像精度。逆時(shí)偏移技術(shù)用于南陽(yáng)凹陷白秋地區(qū)復(fù)雜斷裂構(gòu)造帶表明，大斷層歸位準(zhǔn)確且復(fù)雜斷裂帶內(nèi)的小斷層較以前更清晰、可靠。

1 逆時(shí)偏移基本原理

疊前逆時(shí)偏移采用雙程波動(dòng)方程求解，是一種基于波動(dòng)理論的深度域偏移方法[3-4]，其過(guò)程分為三步。首先，利用雙程波動(dòng)方程對(duì)震源波場(chǎng)沿時(shí)間方向進(jìn)行正向延拓，并保存每一時(shí)刻的外推波場(chǎng)值；然后利用雙程波動(dòng)方程對(duì)接收波場(chǎng)進(jìn)行逆時(shí)延拓并保存波場(chǎng)值；最后應(yīng)用成像條件，得到該時(shí)刻的成像點(diǎn)，將所有時(shí)刻的成像結(jié)果疊加，得到最終的逆時(shí)偏移剖面[5-8]。描述地震波場(chǎng)的雙程波動(dòng)方程如下：

式中：u（x，y，z，t）為介質(zhì)中壓力場(chǎng)；?（x，y，z，t）為速度場(chǎng)； S（x，y，z，t）是震源項(xiàng)。

該方程的解能精確地描述復(fù)雜構(gòu)造帶的地震波傳播[9-10]。逆時(shí)偏移成像條件為：

式中：Im(x)為點(diǎn)x的偏移成像值；F（x，y）為點(diǎn)x處順時(shí)外推的震源波場(chǎng)；R（x，t）為x處逆時(shí)外推的記錄波場(chǎng)。假設(shè)只有P波傳播，子波為脈沖函數(shù)，那么順時(shí)震源波場(chǎng)F（x，y）可以表示成：

式中：tp是從炮點(diǎn)至空間點(diǎn)x的旅行時(shí)，這樣，成像條件就可簡(jiǎn)化為：

某個(gè)空間位置x，如果tx=tp，那么就得到x處的矢量波場(chǎng)。利用波場(chǎng)傳播最大相干性成像原理，對(duì)地表接收波場(chǎng)與震源波場(chǎng)在同一時(shí)刻作相干成像處理，篩選出某一空間位置的最大相干值作為其成像值，實(shí)現(xiàn)逆時(shí)成像[11-14]。

2 逆時(shí)偏移處理技術(shù)的應(yīng)用

逆時(shí)偏移處理分為疊前凈化處理、速度建模、逆時(shí)偏移三個(gè)步驟。首先進(jìn)行靜校正、去除噪音、振幅恢復(fù)等常規(guī)處理，以保證地震資料具有較高的信噪比和分辨率；其次建立較準(zhǔn)確的深度-層速度模型；最后應(yīng)用逆時(shí)偏移進(jìn)行最終偏移成像。

2.1 疊前預(yù)處理

白秋地區(qū)位于南陽(yáng)凹陷北部斜坡帶，其西南方向緊鄰凹陷生油中心，東北方向與唐河低凸起相接；受邊界斷裂及構(gòu)造應(yīng)力影響，發(fā)育多組斷裂，部分?jǐn)嗔褍A角大，不同方向的斷裂相互切割、構(gòu)造破碎。針對(duì)該區(qū)地震資料特點(diǎn)進(jìn)行疊前多域綜合去噪、 地表一致性及靜校正處理[15-16]，采用信噪分離方法壓制低頻面波與高頻干擾，提高地震資料的信噪比及分辨率，為逆時(shí)偏移打下了良好的基礎(chǔ)。

2.2 建立速度模型

準(zhǔn)確的速度模型是獲得高質(zhì)量逆時(shí)偏移成像的前提。為了獲得較真實(shí)可靠的偏移速度場(chǎng)，對(duì)垂向速度分析得到的時(shí)間速度對(duì)，采用樣條插值、速度反演生成層速度模型。

利用網(wǎng)格層析成像技術(shù)對(duì)層速度模型進(jìn)一步修正，建立準(zhǔn)確的速度模型。

2.2.1 初始速度模型的建立

疊前時(shí)間偏移對(duì)速度的敏感度相對(duì)較小，可借助疊前時(shí)間偏移求均方根速度。通過(guò)多次迭代分析均方根速度，建立疊前時(shí)間偏移速度模型；再借助疊前深度偏移求取適于深度偏移的短波場(chǎng)層速度。疊前深度偏移進(jìn)行迭代后，深度CRP（共反射點(diǎn)）道集基本拉平，成像也有所改善。通過(guò)垂向速度分析得到時(shí)間速度對(duì)，再通過(guò)樣條插值和反演產(chǎn)生速度模型。

2.2.2 層速度模型的細(xì)化

經(jīng)過(guò)以上速度分析后，模型可能還有一些局部速度誤差，可再進(jìn)行微調(diào)。采用三維網(wǎng)格層析成像的方法，對(duì)某些網(wǎng)格點(diǎn)修正速度。如果偏移速度與真實(shí)速度有偏差，則CRP道集不平，可根據(jù)剩余速度變化情況修正速度模型，調(diào)整部分短波場(chǎng)的速度誤差。多次迭代后，CRP道集剩余深度誤差趨于零，由此可建立精確的速度模型。圖1為初始速度模型與最終速度模型的對(duì)比，從速度三維可視化圖上可以看出地下速度的變化細(xì)節(jié)及變化趨勢(shì)。該速度場(chǎng)與構(gòu)造具有較好的一致性，符合地下地質(zhì)規(guī)律。

圖1 初始速度模型（a）與最終速度模型（b）對(duì)比

2.3 偏移參數(shù)的優(yōu)化

偏移參數(shù)的選取直接影響偏移的信噪比、分辨率和偏移運(yùn)行時(shí)間。因此，通過(guò)理論分析及試驗(yàn)，優(yōu)選偏移孔徑、反假頻因子等偏移參數(shù)。

2.3.1 偏移孔徑的選取

偏移孔徑取決于地下構(gòu)造傾角的變化，理論上越大越好，但由于噪聲的存在，太大的偏移孔徑反而會(huì)影響成像質(zhì)量。在保證該區(qū)45°～60°大傾角斷裂精確成像的前提下，盡量選擇較小的孔徑，以保證微幅度地層的成像質(zhì)量。

根據(jù)白秋地區(qū)構(gòu)造變化特點(diǎn)，分別進(jìn)行了東西、南北兩個(gè)方向偏移孔徑試驗(yàn)，圖2為偏移孔徑參數(shù)試驗(yàn)剖面。層深4 500 m和4 000 m的偏移孔徑在2 000 ms以上沒(méi)有差異，2 500 ms以下高陡反射同相軸有差異；5 500 m和5 000 m的偏移孔徑在2 500 ms以上沒(méi)有差異，而5 500 m偏移孔徑在深層出現(xiàn)一些偏移帶來(lái)的噪音。綜合考慮目的層的特點(diǎn)后，選偏移孔徑為4 000～5 000 m。

2.3.2 反假頻因子的確定

南陽(yáng)凹陷復(fù)雜斷裂帶局部地區(qū)的偏移剖面出現(xiàn)了假頻現(xiàn)象，需要進(jìn)行三維反假頻濾波處理。當(dāng)反假頻因子過(guò)小時(shí)，剖面分辨率高，但信噪比降低；當(dāng)反假頻因子增大時(shí)，信噪比提高，分辨率有所降低，因此需要通過(guò)試驗(yàn)選擇最佳平衡點(diǎn)。處理中進(jìn)行了15 m、20 m、25 m的反假頻因子試驗(yàn)，圖3為反假頻因子試驗(yàn)對(duì)比，從中看出反假頻因子為20 m時(shí)偏移剖面的資料品質(zhì)比反假頻因子為15 m時(shí)有改善。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，再考慮到整體信噪比和分辨率的關(guān)系，最終選擇了反假頻距離為20 m。

3 應(yīng)用效果分析

圖2 不同偏移孔徑偏移效果對(duì)比

圖3 不同反假頻因子參數(shù)效果對(duì)比

在白秋復(fù)雜斷裂帶進(jìn)行的疊前逆時(shí)偏移處理顯示，構(gòu)造歸位準(zhǔn)確、斷點(diǎn)成像清晰。

對(duì)比疊前時(shí)間偏移剖面與逆時(shí)偏移剖面顯示，疊前逆時(shí)偏移改善了斷層成像精度，斷層的斷點(diǎn)位置、斷面特征比疊前時(shí)間偏移成像精度更高，斷層與周圍地層的接觸關(guān)系更加清晰，波組錯(cuò)斷明顯。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)復(fù)雜斷裂構(gòu)造帶逆時(shí)偏移三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行全三維立體解釋，理順了復(fù)雜斷裂構(gòu)造帶的斷裂構(gòu)造特征，發(fā)現(xiàn)了17個(gè)斷塊圈閉，在斷塊圈閉高部位部署N107，N108，N109，N113，N118等井均鉆遇油層并試獲工業(yè)油流。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)目標(biāo)區(qū)地震資料的特點(diǎn)，進(jìn)行疊前多域綜合去噪、地表一致性及靜校正處理來(lái)提高地震資料的信噪比，是作好逆時(shí)偏移處理的前提條件。

（2）高精度速度模型對(duì)疊前逆時(shí)偏移成像至關(guān)重要。在速度建模過(guò)程中應(yīng)充分了解研究區(qū)的構(gòu)造特征、巖性變化規(guī)律，才能獲取高精度速度模型，從而真實(shí)反映構(gòu)造及巖性變化。

（3）偏移參數(shù)的選取直接影響偏移的信噪比、分辨率和偏移運(yùn)行時(shí)間。通過(guò)理論分析及試驗(yàn)，優(yōu)選偏移孔徑、反假頻因子等偏移參數(shù)來(lái)提高信噪比和分辨率，同時(shí)降低了偏移運(yùn)行時(shí)間。