歐陽甜子

(中國石化中原油田分公司物探研究院，河南鄭州 450000)

普光探區(qū)地處四川盆地東北部大巴山南麓，屬復雜山地地表條件。該區(qū)地下構造復雜、斷裂發(fā)育，主要目的層長興—飛仙關組上覆膏鹽巖體巨厚且厚度變化大，導致地震波場十分復雜，偏移成像困難。普光探區(qū)中深層以嘉陵江組上部至雷口坡組下部膏鹽巖為上主滑脫層，以中下寒武紀統(tǒng)頁巖為下主滑脫層，形成了上、中、下3個形態(tài)各異、構造特征不同的形變層[1]。受多期構造運動影響，形變層內部地層斷裂扭曲嚴重，逆掩斷裂帶的存在使得高陡構造邊界成像不清楚、褶皺強烈地區(qū)成像精度低、下伏構造成像困難、地層不易準確歸位成像。

在復雜介質條件下，疊前深度偏移技術能提供很好的構造成像結果。高斯束偏移是一種準確、靈活、高效的深度域成像方法，其不但具有接近于波動方程偏移的成像精度，還保留了Kirchhoff偏移靈活、高效的特點以及對復雜地表條件良好的適應性[2]。它不僅具有時效短、效率高等特點，更具有復雜地區(qū)陡傾角成像方面的優(yōu)勢，其成像效果堪比單程波算子，同時還能克服單程波算子的傾角限制，滿足復雜構造的成像精度。

本文提出了一種適用于普光氣田等復雜地表的高斯束偏移方法，通過分層速度掃描、優(yōu)選拾取參數和GAMMA體控制RMO深度誤差曲線等方法，對速度模型進行了由淺至深的逐層網格層析反演，解決縱、橫向構造變化對速度反演的影響，滿足復雜構造速度反演精度，為高斯束疊前偏移成像提供了精確的深度域速度模型，最終的高斯束偏移成像結果在一定程度上改善了負向構造影響的問題，對低信噪比地區(qū)構造成像有明顯提升，構造特征明顯，負向構造影響減弱，具用較高的應用和推廣價值。

1 高斯束偏移方法原理

Hill[3]給出了疊前高斯束偏移的方法。在共偏移距偏移中，通過對所有偏移距射線參數進行掃描找到使總走時虛部最小的炮點射線參數和檢波點射線參數的組合。這種掃描可以在稀疏的偏移成像點網格上執(zhí)行，然后將值再內插到較密集的成像網格點上，因此具有較高的計算效率和精度。

高斯束形式表達的偏移成像公式：

(1)

其中，C0是與高斯函數相關的系數：

Hale[4]對克?；舴颉A斜疊加和高斯束3種偏移方法進行了詳細比較，揭示了三者間的聯系與區(qū)別，認為在時間域做高斯束偏移要比在頻率域效率高，并給出了單個高斯束對地下成像貢獻的時間域表達式：

(2)

(3)

其中，Bj(ω,px)為第j個高斯窗內通過傾斜疊加得到的頻率域結果，其具體表達式為

(4)

式中，C為與高斯窗函數相關的振幅系數;Fj(ω,kx)為地震記錄fj(x,t)的二維Fourier變換。

關于高斯窗函數的空間間隔與波束射線參數采樣間隔的關系，Hill[3-6]和Hale均進行了詳細的討論，我們采用了Hill給出的參數選取準則[2]。

2 主要流程

高斯束偏移是一種優(yōu)異的疊前深度偏移成像方法，它既保留了傳統(tǒng)射線類處理方法運算效率高的優(yōu)點，且具有接近波動方程類方法的成像精度[7]。本文總結了一種適用于普光氣田復雜構造區(qū)域的高斯束疊前深度偏移處理流程(圖1)。精準的速度模型是偏移成像成功的關鍵，為了提高速度反演的效果，在初始速度模型基礎上加入地震層位約束，并在嘉陵江組和二疊系底加入了速度掃描，來解決目的層速度橫向由高到低變化太快的問題。在速度反演的過程中，對剩余曲率精確的拾取是速度反演的最重要環(huán)節(jié)，在拾取過程中，往往由于參數選取不當，或者遠偏移距拾取彎曲等問題造成反演失敗，為了保證反演的效果，本文采取了疊前去噪的方法來提高道集的信噪比，便于拾取，優(yōu)選拾取參數，并生成了GAMMA體控制拾取結果，確保速度反演正確有效進行。

圖1 高斯束疊前深度偏移處理流程Fig.1 Gaussian beam prestack depth migration processing

2.1 初始速度的建立

圖2 深度域初始速度模型Fig.2 The initial velocity model of the depth domain

在疊前深度偏移處理中，偏移成像的效果在很大程度上依賴于層速度模型的正確性[8-9]，成功的關鍵是建立一個精確的深度域速度模型。如圖2所示，為本工區(qū)建立的初始速度模型，為了求取深度域的層速度體，把均方根速度場做地學統(tǒng)計法的平滑，通過DIX公式把均方根速度轉換成層速度，把時間域的層速度轉化成深度域的層速度，通過內插和外推，建立深度域的層速度體，并在此基礎上加入地質層位控制。初始速度模型是由時間偏移的速度轉化而來，由于深度域偏移對速度更加敏感，所以初始速度模型不滿足深度域偏移的精度和要求，需要在此基礎上進行多次更新，才能得到滿足深度域成像的速度模型。

依據本區(qū)的構造特點，嘉陵江組厚度變化大的膏巖層對巖下地層成像影響較大，尤其是在厚度突變點處對下伏地層成像有較大干擾，因此可以在縱向沿海相嘉陵江組膏巖底邊界首先獲取準確的膏巖層速度，解決膏巖層對巖下地層成像的影響。

綜合以上分析，在第一輪速度更新以后對速度體加入兩套層位：三疊系嘉3頂(鹽膏底)、寒武系頂，以這兩套層位為目的層，保持其他層位的速度不變，并在此基礎上對這兩個層位進行94%、96%、98%、100%的速度掃描。用不同百分比的速度做目標線偏移，然后跟第一輪速度分析的結果進行對比，選擇一個比較接近真實速度場的速度體加密偏移體，為速度更新做準備。目標線偏移結果表明，速度過低不利于偏移成像，速度過高偏移無法到達準確的位置，因此本文選取96%的速度體作為第二輪速度更新的初始速度。如圖3為96%的速度模型。

圖3 96%的速度模型Fig.3 Model of 96% velocity

2.2 疊前去噪

高信噪比地震資料是做好疊前偏移的基礎[10]。疊前偏移對噪聲有放大作用，因此要做好疊前去噪處理，盡可能提高信噪比。本區(qū)普遍存在比較強的面波干擾，采用分頻衰減方法，盡可能減少有效成分損失；采用地表一致性區(qū)域異常振幅衰減對炮記錄中存在的低頻大脈沖或高頻尖脈沖振幅異常現象進行壓制，消除疊前道集中存在的較強干擾波。如圖4為偏移道集去噪前后對比，從圖中可以看出，偏移道集去噪以后，信噪比明顯提高。

高質量的道集數據是做好速度反演的前提和基礎。由于信噪比的提高，使得RMO曲線的拾取更加準確有效。如圖5為偏移道集去噪前后拾取情況的對比圖，偏移道集去噪前的拾取(a)，RMO曲線表現出彎曲、抖動的情況，這在速度反演的過程中只會起到負面作用，影響最終偏移效果；偏移道集去噪后的拾取(b)，同相軸更易于辨認，RMO曲線的拾取準確度和精度提高。因此疊前去噪是偏移速度正確反演的前提和保障，是速度反演的根本和基礎。

圖4 偏移道集去噪前(左)后(右)對比Fig.4 The offset gathers denoising contrast before (left) and after (right)

圖5 道集去噪前(a)后(b)拾取情況Fig.5 The offset gathers denoising picking contrast before (a) and after (b)

2.3 速度模型更新

2.3.1 優(yōu)化拾取參數

在疊前去噪后的偏移道集上進行RMO曲線的拾取，拾取參數的選擇也至關重要，不合適的拾取參數不僅會影響拾取的效率，也會增加反演失敗的風險。本文選擇了幾個比較重要的參數進行反復的試驗和摸索，最終拾取的效果有大幅提高，為速度的反演提供了很好的技術保障。

振幅門檻值：描述拾取的最大能量值。振幅門檻值越大，拾取的同相軸的能量越強。本文采用15%門檻值，如果門檻值過大，只會拾取能量強的同向軸從而漏掉能量弱的同向軸；門檻值過小，拾取的同向軸過多，可能拾取到噪聲，從而影響反演效果。拾取的原則是有效軸都拾取上而不要引入噪聲。

Max Number：拾取的最大的數值。本文采用的200，這個數值指的是RMO曲線的數值，200或100均可。

Separation：拾取的RMO曲線的間隔。本文采用的100，這個間隔如果過小，密度太大，拾取太多沒有必要；間隔如果太大，可能會漏掉有效的同向軸。

Gamma Limit：GAMMA體的范圍，用于控制拾取的RMO體。本文采用的0.7～1.3(系統(tǒng)默認參數)。

如圖6為優(yōu)選拾取參數以后RMO曲線的拾取情況，從圖中可以看出優(yōu)選拾取參數前(a)，RMO曲線的拾取過于集中，中間有效的同向軸沒有拾取上，優(yōu)選了拾取參數后(b)，RMO曲線的分布更加均勻，對同向軸的拾取更加準確有效。

圖6 優(yōu)選拾取參數前(a)后(b)RMO曲線的拾取情況Fig.6 Optimizing parameters on picking RMO curves contrast before(a) and after(b)

2.3.2 RMO深度誤差曲線

RMO曲線描述從零偏移距到最大偏移距深度的誤差，這個誤差描述出這個點的位置與RMO曲線模擬拋物線的一個形態(tài)。形成角度體、能量體、剩余曲率體，做多偏移距層析成像反演，把原來沒拉平的CRP道集拉平，在拉平的過程中做射線追蹤、計算新的旅行時，計算模型的準確位置，反復迭代，保證CRP道集拉平。

輸入建好的初始速度模型，在地震層位約束的前提下分構造區(qū)域分別定義不同的拾取參數，做RMO體的拾取，以適應復雜構造帶拾取的需求。根據拾取文件得到新的炮檢點偏移距、方位角、旅行時等信息進行反演，在RMO曲線趨于最小化時，輸出最終的速度模型，做最終的高斯束疊前深度偏移。

由于RMO曲線在拾取過程中易出現抖動和遠偏移距扭曲等現象，需要利用GAMMA體去控制RMO曲線拾取的準確性。拾取文件先創(chuàng)建GAMMA體，得到GAMMA體文件以后，再用GAMMA體反推拾取文件以達到RMO曲線平滑的目的，確保速度模型更新的效果。如圖7為GAMMA體控制前后的RMO曲線對比圖，(a)為未用GAMMA體控制的RMO曲線，遠偏移距抖動或彎曲的現象比較明顯；(b)為用GAMMA體控制以后的拾取情況，可以看出GAMMA體控制后的RMO曲線明顯平滑，遠偏移距彎曲的現象得到明顯改善。

圖7 GAMMA控制前(a)后(b)的RMO曲線對比Fig.7 The comparison of RMO curves before and after the control of GAMMA

初始速度模型(圖2)經過三輪速度模型的更新，現初始速度模型較平滑，由淺至深速度值平穩(wěn)增加，橫向上沒有劇烈的速度變化，整體沒有體現出膏巖層、碳酸鹽儲層和復雜構造對速度的影響。圖8為3次速度更新以后最終的深度域速度模型，可以看出速度不再是由淺至深逐漸增大的趨勢，而是由嘉陵江組膏巖層開始速度增加明顯，嘉陵江組下出現高速地層，在地質分析中對應海相碳酸鹽巖地層；在橫向上3次更新后深度域層速度模型與地層構造也顯示出了較高的吻合性[1]。

圖8 深度偏移最終速度模型Fig.8 Depth migration final velocity model

3 應用效果分析

將高斯束疊前深度偏移算法應用于普光地區(qū)的實際資料成像處理。研究區(qū)地質條件復雜，速度橫向變化劇烈，存在高陡構造，而且原始資料品質差，深層高速巖體存在，導致鹽下成像困難。經過3次速度模型更新以后，得到了比較精準的速度模型，最終的高斯束偏移成像較好地解決了高陡傾角成像和鹽下成像問題，實現了鹽下斷層的準確歸位，改善了對弱反射能量的成像，更易于進行構造解釋和異常體識別；對斷背斜成像更加合理，斷點清晰，鹽下背斜成像精度大大提高，并與波動方程偏移精度相當，而且在時效上減少了偏移時間，效率高。如圖9和圖10所示，高斯束偏移成像的鹽下構造成像準確，繞射波收斂，同相軸連續(xù)穩(wěn)定。如圖11高斯束與波動方程的局部對比可以看出，高斯束偏移的鹽包絡成像更加準確清晰，干擾波明顯減少，易于構造解釋。如圖12，波動方程的繞射波未收斂，曲界面成像不足，高斯束偏移在陡傾角成像上有明顯優(yōu)勢。

高斯束深度偏移在普光探區(qū)的應用，改善普光鹽下構造成像，提升海相飛仙關、長興組的成像質量，可以有效降低勘探風險，同時也會直接或間接地給普光氣田帶來一定經濟效益，該技術也可以進一步在東濮地區(qū)推廣應用。

圖9 波動方程偏移1517線Fig.9 Wave equation migration of line 1517

圖10 高斯束偏移1517線Fig.10 Gaussian beam migration of line 1517

4 結束語

(1)疊前時間成像方法在油氣田勘探中一直處于主要地位，目前油田勘探面臨的復雜地下地質條件對地震成像方法有進一步的要求，疊前時間成像方法對如高陡構造、逆掩地層、膏巖地層、巖性橫向變化大等情況存在應用上的不足。疊前深度偏移能較好地解決實際勘探中復雜構造成像和巖性成像的問題。高斯束偏移方法保留了射線方法靈活高效、無傾角限制的優(yōu)勢，同時克服了焦散、陰影區(qū)、多值走時等問題。

(2)準確的深度域速度模型是保證疊前深度偏移成像質量的關鍵，其建模過程中初始速度模型是基礎，在速度模型更新中RMO體的拾取是非常重要的環(huán)節(jié)，高質量的疊前數據是做好疊前深度偏移的前提和保證。

(3)普光探區(qū)高斯束深度偏移數據驗證了高斯束偏移方法在陡傾角構造、低信噪比資料成像方面的優(yōu)勢。高斯束深度偏移技術能適應速度橫向變化大的復雜斷裂區(qū)，改善復雜陡傾角斷裂和地層的成像效果，使復雜小斷塊區(qū)斷裂位置更加清晰可靠。

圖11 高斯束偏移(b)與波動方程偏移(a)的疊加對比(1677線)Fig.11 Comparison of Gaussian beam migration (b) and wave equation migration (a) (line 1677)

圖12 高斯束偏移(b)與波動方程偏移(a)的疊加對比(1797線)Fig.12 Comparison of Gaussian beam migration (b) and wave equation migration (a) (line 1797)