馬軍茂，潘 龍，李 靜，丁國榮，石 星

中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830013

引言

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷油氣勘探中對斷裂的識(shí)別、相帶的刻畫、砂體的雕刻[1-5]迫切需求保幅保真的高分辨率地震資料。由于地層的黏性吸收，導(dǎo)致地震波在傳播過程中發(fā)生振幅的吸收衰減和地震子波的頻散現(xiàn)象，使得原始采集地震資料主頻低、頻帶窄。因此，人們在地震資料處理過程中應(yīng)用各種方法提高地震資料的分辨率，希望補(bǔ)償恢復(fù)地層吸收衰減振幅和相位信息。常用的方法包括：Q補(bǔ)償[6-9]、低頻保護(hù)[10]及連續(xù)小波拓頻等疊前疊后提高分辨率方法[11-16]。這些方法雖然取得了一定的應(yīng)用效果，但其有不足之處，例如：Q補(bǔ)償方法忽略了地震波傳播路徑對幅值衰減的影響，不能正確補(bǔ)償?shù)卣鸩ㄒ蛭账p導(dǎo)致的能量損失。各類疊前疊后拓頻技術(shù)可以獲得期望頻寬和視分辨率，但其可靠性尚待提高。

近幾年，Zhang 等[17-20]提出了黏性介質(zhì)下的疊前時(shí)間偏移方法，在偏移過程中補(bǔ)償黏彈性地層介質(zhì)吸收衰減的振幅和相位信息，獲得高分辨率地震成果資料。不同于常規(guī)疊前時(shí)間偏移，黏彈性疊前時(shí)間偏移通過引入等效Q值在成像過程中恢復(fù)地震資料損失的高頻信息，通過菲涅爾帶控制地震資料的信噪比，使得最終成果信噪比和分辨率均有所提升。隨后，陳志德等[21-26]將該方法引入松遼盆地地震資料處理中，提升三角洲沉積薄儲(chǔ)層和河道砂的識(shí)別，并取得了顯著效果。然而，在準(zhǔn)噶爾盆地，大部分地區(qū)地表由低頻起伏地貌地形和高頻起伏地貌地形交互組成，直接應(yīng)用上述黏彈疊前時(shí)間偏移技術(shù)會(huì)帶來較大誤差。

為此，本文研發(fā)了基于浮動(dòng)基準(zhǔn)面的起伏地表傾角道集生成及穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移計(jì)算流程，并應(yīng)用于準(zhǔn)噶爾盆地瑪中4 井區(qū)三維中，取得了顯著的應(yīng)用效果。

1 方法原理

1.1 起伏地表疊前時(shí)間偏移方法

準(zhǔn)噶爾盆地大部分地區(qū)地表高程起伏較大，直接應(yīng)用水平基準(zhǔn)面的疊前時(shí)間偏移方法會(huì)帶來較大誤差。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，本文提出了適合準(zhǔn)噶爾盆地的起伏地表疊前時(shí)間偏移方法。起伏地表炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)和成像點(diǎn)位置如圖1 所示。

圖1 起伏地表炮檢點(diǎn)、成像點(diǎn)位置示意圖Fig.1 The location map of shot,receiver and imaging point for rugged topography

若將單炮看作是僅有一個(gè)地震道接收的記錄，那么，炮域偏移的炮點(diǎn)下行波場為

實(shí)際上，無法獲得相對準(zhǔn)確的S（ω），而反褶積處理可以認(rèn)為已經(jīng)剔除了這些與震源子波有關(guān)的影響。因此，鑒于反褶積處理成像條件，可以獲得單道數(shù)脈沖響應(yīng)結(jié)果為

f′即是該地震道的一階導(dǎo)數(shù)。

1.2 起伏地表傾角道集生成方法

常規(guī)疊前時(shí)間偏移產(chǎn)生的CRP 道集已將反映地層傾角反射特征的信息進(jìn)行了疊加，穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移傾角道集中的傾角并不是真實(shí)的地層傾角，而是一個(gè)與旅行時(shí)相關(guān)的傾角[18]，這是由于在傾角計(jì)算的過程中忽略了層速度與疊加速度的差。盡管如此，對于在偏移處理過程中最關(guān)心的反射波與繞射波的表現(xiàn)形態(tài)而言，在與旅行時(shí)相關(guān)的傾角道集和基于層速度得到的“真傾角”道集中，其表現(xiàn)形態(tài)是類似的。也就是說，本文應(yīng)用的與旅行時(shí)相關(guān)的傾角道集，一方面，可容易嵌入到疊前時(shí)間偏移處理流程中；另一方面，這一傾角道集也近似反映了反射波與繞射波在“真傾角”道集中的形態(tài)，對于識(shí)別菲涅爾帶邊界來說，其精度也是足夠的。

從疊加的角度來看，與走時(shí)相關(guān)的傾角對應(yīng)著彎曲同相軸的頂點(diǎn)就是穩(wěn)相點(diǎn)，以頂點(diǎn)為參照點(diǎn)的鄰域就是菲涅爾帶。由于在傾角道集中清晰地展現(xiàn)了穩(wěn)相點(diǎn)及其菲涅爾帶的特征，因此，可以利用人機(jī)交互軟件來拾取菲涅爾帶。從這個(gè)意義上講，以傾角道集為基礎(chǔ)，不但可以實(shí)現(xiàn)空變時(shí)變的偏移孔徑，同時(shí)也給出甄別拾取合適偏移孔徑的依據(jù)和實(shí)現(xiàn)手段。

如圖2 所示，定義反射界面在xoz平面的與旅行時(shí)相關(guān)的視傾角為φx；反射界面在yoz平面的與旅行時(shí)相關(guān)的視傾角為φy，則有

圖2 起伏地表傾角道集計(jì)算示意圖[18]Fig.2 The diagram of dip gather calculation for rugged tomography

假設(shè)在每一成像點(diǎn)僅僅把偏移結(jié)果按φx、φy的大小分選和疊加，而不考慮偏移距的變化，那么，在每一個(gè)共中心點(diǎn)位置形成沿測線方向傾角道集為I(x,y,T0,φx) 和垂直測線方向傾角道集為I(x,y,T0,φy)。

1.3 起伏地表穩(wěn)相偏移方法

起伏地表穩(wěn)相偏移方法基于上節(jié)起伏地表傾角道集的生成和菲涅爾帶的拾取，利用式（9）和式（10）計(jì)算每個(gè)成像點(diǎn)處的傾角，通過拾取每個(gè)成像點(diǎn)的菲涅爾帶獲得沿測線方向和垂直測線方向上的上、下界角度，在疊前時(shí)間偏移過程中，傾角落在菲涅爾帶的地震道累加到成像剖面上，傾角沒有落在菲涅爾帶的地震道將不對成像剖面做貢獻(xiàn)。因此，與常規(guī)疊前時(shí)間偏移相比，穩(wěn)相疊前時(shí)間偏移可以獲得信噪比更高的偏移成像結(jié)果。

2 穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移處理流程

穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移處理流程如圖3 所示，主要包括基于菲涅爾帶的傾角場建立、基于常Q掃描的等效Q場建模及穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移目標(biāo)線偏移和體偏3 個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖3 穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移處理流程Fig.3 The processing flow of the stationary-phase viscoelastic prestack time migration

2.1 基于菲涅爾帶的傾角場建立

在傾角道集上，通過時(shí)變空變的菲涅爾帶的確定，建立傾角場。首先，根據(jù)工區(qū)內(nèi)地下地質(zhì)層位的空間展布選取代表性的格架線，基于偏前道集和速度場，給定地層傾角范圍和增量步長，計(jì)算傾角道集；然后，根據(jù)傾角道集的特點(diǎn)，拾取時(shí)變空變的菲涅爾帶；最后，將格架線上拾取菲涅爾帶的傾角范圍通過插值平滑構(gòu)建整個(gè)工區(qū)的傾角場。

圖4 給出了傾角道集和時(shí)變空變的菲涅爾帶邊界的構(gòu)建。觀察傾角道集可以看出：（1）穩(wěn)相點(diǎn)的位置與地層傾角有關(guān)，如圖4a 中展示的傾角道集形態(tài)，其穩(wěn)相點(diǎn)由淺至深基本集中于傾角0°左側(cè)附近，這與其偏移剖面地層傾角是一致的；而圖4b 中展示的傾角道集位于2.4 s 附近的目的層，穩(wěn)相點(diǎn)已達(dá)到-25°左右，這也與偏移剖面上展示的地層傾角緊密相關(guān)。（2）在傾角道集中，反射波道間時(shí)差明顯，繞射波基本不存在道間時(shí)差。反射波同相軸的反射時(shí)間呈現(xiàn)以穩(wěn)相點(diǎn)為中心兩側(cè)向上彎曲的形態(tài)，而且隨著深度增大，彎曲程度加大；反射波的這一特點(diǎn)有利于在傾角道集上確定菲涅爾帶邊界。繞射波道間時(shí)差小，很容易與反射波區(qū)分，若想斷裂斷點(diǎn)成像清楚，必須保留斷點(diǎn)產(chǎn)生的繞射波，如圖4b拾取傾角道集中2.4 s 處近平直的同相軸的菲涅爾帶邊界。把握好這些傾角道集的特點(diǎn)，依據(jù)傾角道集中的穩(wěn)相點(diǎn)以及道間時(shí)差特點(diǎn)即可確定菲涅爾帶邊界。

圖4 不同成像點(diǎn)的傾角道集和拾取的菲涅爾帶邊界Fig.4 The dip gather and the picked Fresnel zone boundaries at different imaging points

2.2 基于常Q 掃描的等效Q 場建模

通過傾角道集菲涅爾帶邊界的確定，得到工區(qū)的傾角場，可用于控制偏移疊加數(shù)據(jù)的孔徑，提高偏移成像的信噪比。在此基礎(chǔ)上，通過常Q掃描，優(yōu)選等效Q值和高截止頻率，建立等效Q場和高截止頻率場，結(jié)合偏移過程，恢復(fù)地震波被衰減的頻率成分，提高地震偏移成像的分辨率。

等效Q值的估計(jì)主要以補(bǔ)償后剖面的頻譜寬度及剖面質(zhì)量來確定，而高截止頻率F3主要依靠補(bǔ)償后剖面的噪音水平來確定，不同的等效Q值補(bǔ)償后的剖面對應(yīng)著不同的高截止頻率F3。亦即等效Q值和高截止頻率F3這對參數(shù)是耦合在一起的，需要在可接受的噪音水平（由高截止頻率F3描述）前提下選取合適的等效Q值。通過設(shè)置合適的等效Q值和F3值，既要使分析時(shí)窗內(nèi)地震道分辨率提高，同時(shí)也要保證高頻段噪音不至于過高，影響地震成像的信噪比。因此，等效Q值-高截止頻率F3同時(shí)估計(jì)技術(shù)使得穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移技術(shù)可在保證一定信噪比水平的基礎(chǔ)上提高地震成像的分辨率。

圖5 給出了工區(qū)質(zhì)控線等效Q值與高截止頻率F3拾取窗口設(shè)置，縱向上一般包括5～6 個(gè)時(shí)窗，橫向上分析時(shí)窗根據(jù)具體地層的長度和走向變化而定，分析時(shí)窗可沿地層排列。具體每一對的Q值和F3的確定，主要依賴不同等效Q值對應(yīng)黏彈疊前時(shí)間偏移結(jié)果的波組特征和噪音發(fā)育水平而定。當(dāng)然如果工區(qū)內(nèi)有井資料，也可以依據(jù)井和地震資料的吻合程度進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)選。

圖5 等效Q 值建立示意圖Fig.5 The diagram of establishment equivalent Q value

2.3 穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移目標(biāo)線偏移和體偏

在常規(guī)疊前時(shí)間偏移得到均方根速度場的基礎(chǔ)上，建立與偏移孔徑優(yōu)選有關(guān)的傾角場及服務(wù)于提高分辨率的等效Q場和高截止頻率場，即可完成格架線或目標(biāo)成像空間的穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移[18]。

通過對偏移成像結(jié)果的頻譜分析和處理解釋一體化效果分析，檢驗(yàn)偏移結(jié)果是否滿足期望輸出的效果。

如果偏移結(jié)果仍需改進(jìn)，需要根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果返回到等效Q場和傾角場建立的環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化處理（圖3），拾取更加合理的菲涅爾帶，優(yōu)選更加合適的等效Q值，直到目標(biāo)線的偏移成像效果達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量為止。

最后，根據(jù)最終建立的等效Q場、高截止頻率場和傾角場，結(jié)合均方根速度場和偏前道集，對整個(gè)工區(qū)的數(shù)據(jù)體進(jìn)行穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移。

3 應(yīng)用效果

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷位于盆地的西北緣，通過近幾年的高密度三維地震勘探的實(shí)施，極大地推動(dòng)了瑪湖地區(qū)三疊系百口泉組、二疊系烏爾禾組油氣勘探進(jìn)程，相繼在瑪湖凹陷的東西斜坡獲得重大突破，形成兩大百里油區(qū)，展現(xiàn)了瑪湖凹陷滿凹含油的油氣勘探巨大潛力。為為支撐瑪湖凹陷二疊系—三疊系整體研究，落實(shí)瑪南斜坡大侏羅溝斷裂有利區(qū)勘探潛力及成藏控制因素，新疆油田公司在瑪中4 井區(qū)部署三維地震滿覆蓋面積260 km2。

該三維是準(zhǔn)噶爾盆地近年來最強(qiáng)化的井炮采集的高密度三維，面元12.5 m×25.0 m，覆蓋次數(shù)576次，覆蓋密度184.32×104道/km2。強(qiáng)化采集的主要目的是進(jìn)一步提高地震資料的分辨率，準(zhǔn)確落實(shí)各目的層內(nèi)部各小層之間的接觸關(guān)系及分布特征，預(yù)測薄儲(chǔ)層分布，落實(shí)有利相帶的劃分、刻畫小斷裂。

根據(jù)工區(qū)的地質(zhì)任務(wù)和資料需求，創(chuàng)新性地應(yīng)用了起伏地表穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移方法，探索出適合于該地區(qū)地震波吸收衰減的等效Q場，建立了與偏移孔徑優(yōu)選有關(guān)的傾角場，最終提高了地震資料的分辨率。

圖6 給出了瑪中4 井三維重點(diǎn)質(zhì)控線常規(guī)疊前時(shí)間偏移和穩(wěn)相黏彈性疊前時(shí)間偏移剖面的對比。常規(guī)疊前時(shí)間偏移中（圖6a），未補(bǔ)償大地對地震波的吸收作用，因而分辨率，尤其是中深層的分辨率較低。

在圖6b 展示的穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移剖面上，引入等效Q值補(bǔ)償大地對地震波的吸收衰減作用，剖面的分辨率明顯優(yōu)于常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面，特別是分辨弱層和薄互層的能力得到顯著提升，利于工區(qū)目的層相帶的精細(xì)刻畫和薄儲(chǔ)層描述。

圖6 常規(guī)疊前時(shí)間偏移和穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移剖面對比圖Fig.6 The comparison profile diagram of normal prestack time migration and stationary-phase viscoelastic prestack time migration

常規(guī)疊前時(shí)間偏移頻譜與穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移頻譜對比如圖7 所示，可以看出，穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移在保持低頻振幅相對關(guān)系的同時(shí)，大幅拓展了地震資料的高頻成分，頻寬展寬12 Hz，主頻提高6 Hz，提升了地震數(shù)據(jù)的分辨能力。

圖7 常規(guī)疊前時(shí)間偏移頻譜與穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移頻譜對比Fig.7 The comparison spectrum diagram of normal prestack time migration and stationary-phase viscoelastic prestack time migration

穩(wěn)相黏彈疊前時(shí)間偏移方法通過工區(qū)等效Q場的建立，提高地震資料的頻寬和分辨率，通過時(shí)變空變菲涅爾帶控制偏移疊加數(shù)據(jù)的范圍，提高地震資料的信噪比，最終使地震成果的分辨率和信噪比均提升。

4 結(jié)論

（1）集成了Q補(bǔ)償和疊前偏移的優(yōu)勢，沿波的傳播路徑對其能量損失進(jìn)行補(bǔ)償，使地震資料的縱向分辨率和橫向分辨率均有所提升，且成果資料與井的吻合度高。

（2）通過引入時(shí)變空變菲涅爾帶控制疊前偏移噪聲，避免常規(guī)偏移孔徑難以時(shí)變空變導(dǎo)致的陡傾角構(gòu)造成像缺失、偏移成像信噪比降低等問題。通過引入等效Q模型，結(jié)合偏移過程提高地震資料的分辨率。

（3）本文方法的應(yīng)用前提是不要對疊前數(shù)據(jù)預(yù)處理進(jìn)行設(shè)置高截止頻率類型的濾波處理，且有必要對道集進(jìn)行地表一致性處理保證良好的子波一致性。同時(shí)，該方法與目前廣泛使用的疊前Q補(bǔ)償和各類疊后拓頻技術(shù)之間并不矛盾。

符號(hào)說明