逆時偏移成像技術在南陽凹陷復雜斷塊區的應用

張永華，李 鋒，張 悅，林社卿，鄭凱文，董騏瑜

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

對于地下構造復雜、速度橫向變化大的地區，疊前偏移時間處理不能滿足地下精細成像的要求，需要通過疊前深度偏移處理才能保證復雜斷裂帶的準確成像。疊前深度偏移方法主要有克希霍夫疊前深度偏移、逆時偏移等。克希霍夫疊前深度偏移運算速度快、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題，影響了偏移成像的精度。逆時偏移處理技術能有效地解決地震波傳播的多路徑問題[1-2]，有利于提高復雜斷裂帶的成像精度。逆時偏移技術用于南陽凹陷白秋地區復雜斷裂構造帶表明，大斷層歸位準確且復雜斷裂帶內的小斷層較以前更清晰、可靠。

1 逆時偏移基本原理

疊前逆時偏移采用雙程波動方程求解，是一種基于波動理論的深度域偏移方法[3-4]，其過程分為三步。首先，利用雙程波動方程對震源波場沿時間方向進行正向延拓，并保存每一時刻的外推波場值；然后利用雙程波動方程對接收波場進行逆時延拓并保存波場值；最后應用成像條件，得到該時刻的成像點，將所有時刻的成像結果疊加，得到最終的逆時偏移剖面[5-8]。描述地震波場的雙程波動方程如下：

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

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

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

式中：tp是從炮點至空間點x的旅行時，這樣，成像條件就可簡化為：

某個空間位置x，如果tx=tp，那么就得到x處的矢量波場。利用波場傳播最大相干性成像原理，對地表接收波場與震源波場在同一時刻作相干成像處理，篩選出某一空間位置的最大相干值作為其成像值，實現逆時成像[11-14]。

2 逆時偏移處理技術的應用

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

2.1 疊前預處理

白秋地區位于南陽凹陷北部斜坡帶，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；受邊界斷裂及構造應力影響，發育多組斷裂，部分斷裂傾角大，不同方向的斷裂相互切割、構造破碎。針對該區地震資料特點進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，為逆時偏移打下了良好的基礎。

2.2 建立速度模型

準確的速度模型是獲得高質量逆時偏移成像的前提。為了獲得較真實可靠的偏移速度場，對垂向速度分析得到的時間速度對，采用樣條插值、速度反演生成層速度模型。

利用網格層析成像技術對層速度模型進一步修正，建立準確的速度模型。

2.2.1 初始速度模型的建立

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

2.2.2 層速度模型的細化

經過以上速度分析后，模型可能還有一些局部速度誤差，可再進行微調。采用三維網格層析成像的方法，對某些網格點修正速度。如果偏移速度與真實速度有偏差，則CRP道集不平，可根據剩余速度變化情況修正速度模型，調整部分短波場的速度誤差。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比，從速度三維可視化圖上可以看出地下速度的變化細節及變化趨勢。該速度場與構造具有較好的一致性，符合地下地質規律。

圖1 初始速度模型（a）與最終速度模型（b）對比

2.3 偏移參數的優化

偏移參數的選取直接影響偏移的信噪比、分辨率和偏移運行時間。因此，通過理論分析及試驗，優選偏移孔徑、反假頻因子等偏移參數。

2.3.1 偏移孔徑的選取

偏移孔徑取決于地下構造傾角的變化，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影響成像質量。在保證該區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量。

根據白秋地區構造變化特點，分別進行了東西、南北兩個方向偏移孔徑試驗，圖2為偏移孔徑參數試驗剖面。層深4 500 m和4 000 m的偏移孔徑在2 000 ms以上沒有差異，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以上沒有差異，而5 500 m偏移孔徑在深層出現一些偏移帶來的噪音。綜合考慮目的層的特點后，選偏移孔徑為4 000～5 000 m。

2.3.2 反假頻因子的確定

南陽凹陷復雜斷裂帶局部地區的偏移剖面出現了假頻現象，需要進行三維反假頻濾波處理。當反假頻因子過小時，剖面分辨率高，但信噪比降低；當反假頻因子增大時，信噪比提高，分辨率有所降低，因此需要通過試驗選擇最佳平衡點。處理中進行了15 m、20 m、25 m的反假頻因子試驗，圖3為反假頻因子試驗對比，從中看出反假頻因子為20 m時偏移剖面的資料品質比反假頻因子為15 m時有改善。根據試驗結果，再考慮到整體信噪比和分辨率的關系，最終選擇了反假頻距離為20 m。

3 應用效果分析

圖2 不同偏移孔徑偏移效果對比

圖3 不同反假頻因子參數效果對比

在白秋復雜斷裂帶進行的疊前逆時偏移處理顯示，構造歸位準確、斷點成像清晰。

對比疊前時間偏移剖面與逆時偏移剖面顯示，疊前逆時偏移改善了斷層成像精度，斷層的斷點位置、斷面特征比疊前時間偏移成像精度更高，斷層與周圍地層的接觸關系更加清晰，波組錯斷明顯。

通過對研究區復雜斷裂構造帶逆時偏移三維數據體進行全三維立體解釋，理順了復雜斷裂構造帶的斷裂構造特征，發現了17個斷塊圈閉，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油流。

4 結論

（1）針對目標區地震資料的特點，進行疊前多域綜合去噪、地表一致性及靜校正處理來提高地震資料的信噪比，是作好逆時偏移處理的前提條件。

（2）高精度速度模型對疊前逆時偏移成像至關重要。在速度建模過程中應充分了解研究區的構造特征、巖性變化規律，才能獲取高精度速度模型，從而真實反映構造及巖性變化。

（3）偏移參數的選取直接影響偏移的信噪比、分辨率和偏移運行時間。通過理論分析及試驗，優選偏移孔徑、反假頻因子等偏移參數來提高信噪比和分辨率，同時降低了偏移運行時間。