地震资料叠前深度偏移处理质量控制

2014-02-19侯凤莲袁昌林吴铁壮

石油工业技术监督 2014年10期

侯凤莲，袁昌林，吴铁壮

1.中国石油东方地球物理公司研究院华北分院（河北任丘 062552）

2.中国石油勘探与生产工程监督中心（北京 100083）

3.中油国际（塔吉克斯坦）公司（河北任丘 062552）

目前,大部分油田都相继进入勘探开发的中后期，油气勘探工作难度逐渐增大、勘探难点日趋增多。高陡倾角构造多、逆掩断层发育、盐丘形态厚度不均等。这些地层地质构造复杂，储层岩性横向速度变化快、变化大，其地震资料信噪比一般比较低，叠前时间偏移不能解决成像点与地下绕射点位置不重合的问题，成像往往得不到精确的地下构造形态。而叠前深度偏移技术恰恰是解决复杂地质构造成像的有效工具，能够实现共反射点的叠加和绕射点的归位，可以修正陡倾角地层和横向速度变化产生的地下图像畸变，使复杂构造或地层横向速度变化较大区域的地震资料能够正确成像[1-2]。叠前深度偏移在解决复杂地质构造成像问题的同时还能提高资料信噪比和分辨率，压制多次波以及突出深层反射。不仅如此，与传统的时间域地震剖面相比，深度域成像的地震剖面更具地质意义。

实现叠前深度偏移的方法和手段多种多样，包括克希霍夫积分法、波动方程有限差分法、MF法及CFP法。但是，目前技术最成熟、应用最广泛的方法还是克希霍夫积分算法[3]。其具有高偏移角度、无频散、占用资源少和实现效率高的特点，能够适应变化的观测系统和起伏的地表。优化的射线追踪法和改进的有限差分法能够在速度场变化的情况下，快速准确地计算绕射波和反射波旅行时，从而使积分法能够适应复杂的构造成像。以克希霍夫积分法叠前深度偏移为例，介绍资料处理过程中的关键环节和质量监控。

1 叠前深度偏移处理成像的影响因素

叠前深度偏移技术与其他几种地震资料处理技术一样，其偏移剖面质量也会受到多种因素的影响，除其自身的偏移算法存在近似和不完善外，主要的影响因素还有以下4个方面。

1.1 野外采集

地震采集原始资料质量直接影响到后期的偏移成像效果。观测系统设计、震源激发方式、地震施工方法、工区的地表形态和地下地质构造等都会影响地震采集资料的品质。工区内各类干扰源（包括风吹草动、油井、输油管线、车辆振动、人为活动、50Hz工业电等随机干扰和高频干扰）也会影响到信号的接收，产生噪声。这些影响在现场施工前设计和施工过程中应加以注意，实在不能克服的在后期处理中运用相关的技术加以消除或削减。

采集时排列长度与目标地层埋藏深度之间应匹配，以保证速度分析的精度和灵敏度，并且确保深度偏移所需信息的完整和正确。如果目标区为深层构造，则野外采集时要确保深层低频信息的获得。采集数据应具有一个较高的覆盖次数且均匀的方位角和高信噪比。针对施工的复杂情况，用大地坐标进行观测系统定义。做好不同采集因素之间一致性的试验工作，确保能量、极性、频率和相位一致。

1.2 静校正技术

地震勘探解释理论假设激发点与接收点是在一个水平面上，并且地层速度均匀，但实际情况往往不是这样。因此，处理时需要对原始地震数据进行地形校正、激发深度校正、低速带校正、相位校正、仪器因素校正等静校正。

解决静校正问题有折射波、层析等低降速带静校正方法和初至波、反射波等剩余静校正方法，但面对地表问题十分突出的地区，需要进一步改进，才能真正适合叠前深度偏移需要。

1.3 时间域信噪比处理精度

影响叠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据来源于时间域的处理结果，需要在时间域处理剖面中进行层位解释来建立速度深度模型。高信噪比的叠前数据有利于提高速度分析的精度，加快迭代逼近速度。同时，可以保证构造解释的准确性。当地震数据信噪比较低时，难以求得一个准确的相干反演层速度结果。所以在叠前深度偏移之前必须做好时间域处理工作，应在叠前采用定量分析软件分析不同干扰源的特点，找出干扰源的变化规律，在处理中做好信噪分离，做一些提高信噪比的工作之后才能开展叠前深度偏移处理[4-6]。

1.4 速度深度模型的精度

速度深度模型的精度是叠前深度偏移处理的关键，特别是克希霍夫叠前深度偏移为积分法偏移，是一个过分依赖速度模型的方法，其成像的质量和准确性依赖于偏移所用速度模型与真实模型的逼近程度。然而，由于采集方法、地表形态、地下构造等客观原因和处理人员技术、经验、处理周期等人为因素，最终用于偏移的速度深度模型有时与实际情况差别较大，导致成像效果受到很大影响。为建立高精度的速度深度模型，归纳起来必须做好如下几点：

1）层位模型需以地质模型为基础，并符合构造、沉积规律，符合地球物理要求。

2）在信噪比不太高的情况下，需要多次进行速度迭代，提高最终的速度精度。

3）速度变化剧烈的区域，在时间偏移剖面上解释的层位形态会有较大误差，此时需要在深度偏移的基础上再做深度域的层位解释，确保层位拾取合理，速度准确。

4）叠前深度偏移分为二维叠前深度偏移和三维叠前深度偏移，但二维叠前深度偏移不能区分侧面反射波，不能解决侧面折射问题。特别是对于地下构造较复杂的区域，二维叠前深度偏移无法在空间上解决速度建模问题，此时只能进行三维叠前深度偏移。

2 叠前深度偏移处理关键技术

克希霍夫积分法叠前深度偏移过程中，建立层速度深度模型是非常重要的一个环节，这种偏移方法对偏移速度的精度要求很高，速度模型的正确与否或其精度的高低直接影响着偏移成像的效果。因此，叠前深度偏移处理的关键技术就是围绕建立初始速度模型、迭代优化速度模型及最终的深度偏移所使用的技术。

2.1 求取层速度技术

为求取层速度，首先要建立时间层位模型，对地震资料先进行叠前时间偏移处理，然后在叠前时间偏移剖面上由浅到深逐层拾取时间偏移层位，最后将其用作叠前时间偏移时的均方根速度反偏到叠加剖面上，得到时间层位模型。对复杂构造区域，一般先在叠后时间偏移剖面上拾取速度界面，建立时间偏移层位模型，再将其反偏到叠加剖面上。建立时间层位模型后，再用层速度模型对时间层位进行射线偏移，就得到初始的层速度深度模型。

2.2 优化层速度技术

初始的层速度深度模型一般比较粗糙，要得到准确的速度深度模型，还需要综合利用各种技术方法不断优化层速度模型，直至成像结果与地下地质情况吻合为止。优化的方法可归纳为3种：①不改变初始的时间模型，进行剩余速度分析调整速度模型；②利用层析成像技术逐层逐次迭代，得到合理的层速度模型；③先利用初始模型偏移成像，然后在此基础上重新进行层速度分析以优化层速度模型，再做叠前深度偏移，以此反复迭代，直到CRP道集拉平为止。

2.3 深度偏移技术

通过前面技术的应用，充分优化了速度模型，保证得到的速度体符合地质规律，同时满足处理要求，此时即可利用该速度体以及试验确定的偏移孔径、方位角宽度、深度采样率、去假频参数等参数进行射线偏移、叠前深度偏移处理，得到最终的叠前深度偏移数据体，即叠前深度偏移成像剖面。

3 叠前深度偏移处理质量控制

资料处理的质量控制是全方位、全过程的，即在项目运行时应始终把完整的质量控制贯彻到处理过程中的每一步，做到处理员自查，项目长检查，第三方监督、主任工程师以及主管领导层层把关的逐级检查制度。

3.1 熟悉地质任务和处理的主要技术质量要求

地震资料处理目的是得到地层剖面，落实地质构造、沉积现象以及地质层位、断层断面等地质特征。具体到某一区块和某一种处理方法时会有更加详细的处理地质任务目的。如目的层反射资料信噪比高，相应地质层位及构造、沉积现象清晰，断层断面反射清晰，断点清楚可靠，反射界面连续性好，波组特征明显，最终资料满足构造解释和各种地质现象的识别等。在处理资料之前应该清楚这些地质任务和质量要求，以便在处理过程中做到有目的性和针对性。

3.2 分析输入数据

分析输入数据是为了了解输入数据的品质，为后期的资料处理提供思路和重点。具体的输入资料分析包括4个方面：

1）野外观测系统分析。这部分内容主要包括：全区炮点、检波点分布调查，偏移距及覆盖次数分布分析，从炮点分布平面图上检查工区野外资料采集时是否存在变观；从炮检距分布图上检查偏移距分布情况，注意偏移距分布不均引起速度能量团不集中进而影响速度分析精度问题；另外，需检查工区，特别是目标区的覆盖次数是否均匀，深度偏移工作前应保证全区道集数据体能量调整到位，可以满足深度偏移的需要。

2）CMP道集分析。一方面需要了解全区的浅、中、深数据资料尤其是目的层的信噪比和能量分布情况；另一方面还需要了解变观附近CMP道集内偏移距是否均匀。通过调显工区的道集以及对应的垂向速度谱和叠加剖面，以达到全面掌握全区道集的质量，有针对性地制定处理对策的目的。

3）了解全区的地质结构。深度偏移处理本身就是解释性处理，速度建模的过程就是对地质结构从认识到再认识的过程。因此，在深度偏移建模之前应与解释人员以及熟悉该区地质特点的地质专家充分结合，同时收集工区内的相关井资料和井位标定信息，并把获得的所有信息和认识与实际资料结合起来，详细分析工区的地质结构，以达到全面了解全区的地质结构、地层分布、钻井信息等情况，更加合理地解释各主要目的层的层位。

4）叠前时间偏移RMS速度分析。通过RMS速度转换是求取层速度的一种方法，对其分析的主要目的是了解叠前时间偏移提供均方根速度场的变化趋势与地层产状是否一致，以及了解清楚地层速度横向变化大、变化快的关键位置，因为速度横向变化最剧烈的地方往往就是深度偏移与时间偏移的成像变化区别最大的区域。同时，还要认识到通过DIX公式转换RMS速度场得到的层速度，其曲线形态会发生变化，特别是深层幅度变化更大，需要在处理时加以注意。

3.3 建立初始层速度界面模型

要建立速度模型，首先就需要在时间域剖面上进行拾层，然后进行层速度分析，求取层速度，需要注意的是每一种求取层速度方法的适用条件、实施效率和结果精度问题。在建立层速度界面模型时应根据不同的地质构造、不同的地层属性，以及资料信噪比的高低等情况选择一种或几种方法综合运用求取，确保得到满足偏移要求的速度模型。

层位解释和速度求取是在时间域剖面上从上到下逐层进行的，首先解释第1层层位。若提供的CMP道集做过切除，即在某个时间段以上没有资料数据，这时应将第1层建在刚好没有数据的位置上。解释第2套层位时，应在某个旅行时附近选择一套能量相对较强的同相轴，使CMP道集在这一时间段上中偏移距大小适中，所对应的覆盖次数适中，这有利于速度模型的优化和下层速度的准确求取。第2层及以下层位进行深度偏移反复迭代时，应利用该层的速度，观察该层以下速度变化情况，以此来确定其下一层的解释方案，并决定是否建立速度梯度。以此类推，建立一整套完整的速度界面模型，最后再进行网格化，形成时间域的界面模型。用层速度模型对时间层位进行射线偏移得到深度界面模型。在上述过程中同时应与解释工程师结合，如果有地质解释层位，还应参考地质层位来建立深度偏移所需的速度层位。

利用这套建模思路不仅可以很好地控制层位数及层速度的合理性、可靠性，还能大大提高工作效率，缩短处理周期。

在求取层速度建立界面模型时应把握几个原则：

1）层位选择和追踪时尽量避开具有特别复杂的构造现象和无把握解释的区域，可将这些区域包含于能可靠追踪的大层间隔中，尽量减少拾层错误，以便使其自然成像，在改进后的成像剖面上再对其追踪对比，从而达到使其在下一此迭代过程中更好成像的目的。

2）建立时间速度模型的关键是追踪层速度界面，首要考虑的是界面上下两层有较大的速度差异，即时间模型的建立要选择和追踪那些对地震波场传播影响最大的层速度界面。

3）进行层位解释时，需要经过反复多次修改，同时对速度非常敏感区域还可以适当加密层位划分。

4）建立的层位界面应尽可能平滑，便于获得较好的成像效果，符合地质特征。

5）浅层地震波传播速度低，其偏移成像对速度非常敏感，所以浅层的层速度界面应拾取的较密。反之，深层地震波传播速度大，其偏移成像对速度的敏感性相对变小，层速度界面可拾取的稀疏些。总之，层位的修改或增加应根据垂向剩余速度谱分析和偏移效果等决定。

6）追踪时选择连续性好、能量强，又能控制全区的构造形态的同相轴，在选择主测线对比追踪的同时，又用联络线来达到全区闭合。

7）在断层发育、断距落差较大的区域，求取层速度时应通过修改梯度的参考深度来提高其精度，这对深层成像效果改善明显。

3.4 优化模型

优化模型包括优化时间域层位模型和优化深度域速度模型2个环节。时间域层位模型是深度域速度模型的基础，所以，一开始就需要对时间域层位模型充分进行优化，直到模型和偏移成像结果基本吻合。深度域速度模型准确与否直接影响剖面质量、成像效果，在对数据叠前深度偏移处理前也需要对深度域速度模型进行若干次迭代，同时还应结合软件自身提供的控制手段如检查CRP道集是否拉平，检查深度剖面成像是否合理，以及用钻井分层数据与深度剖面数据进行对比等进行优化，得到最终的深度速度模型才用于体偏。模型优化应注意以下几方面：

1）浅层速度尤其重要，因为如果有误差会逐层传递，对深层成像产生严重的影响。因此，在对下一个层位进行反演之前，应确保该层位及以上层位的层速度已获得优化的数值。

2）进行速度调整时应遵循从“垂向”到“横向”的原则，即首先检查速度梯度是否合理，利用CRP道集检查垂向剩余速度谱，若层间能量团都趋于零，则速度梯度合理，否则修改速度梯度。在速度梯度趋于合理后再沿层做剩余速度分析。

3）利用修改梯度的参考深度优化模型。对构造复杂地区，横向速度不仅沿层有变化，层间纵向上也有变化，此时层速度求取困难，往往需要运用速度梯度参数。通常是每分析一层，都用上一层作为梯度的参考深度来提取速度和梯度，建立速度深度域模型。如果目标线偏移剖面比例到时间剖面后，同相轴弯曲，出现直立断层，折头处与上一层断层一致，这种情况深层同相轴受影响更大，尤其在陡倾角断层及断裂发育区部位影响更加明显，而在叠前时间偏移剖面中不存在直立断层，这应该就是速度不准产生的。在这种情况下为准确求取层速度，需要修改梯度的参考深度，用接近上一层层位并靠近强同相轴的同一个深度来提取速度和梯度，重新建立速度深度域模型，偏移后比例到时间剖面上以不存在这些直立断层，同相轴光滑连续为止，说明此时的速度才准确合理。

4）在做垂向的剩余速度分析过程中，如发现因同一层内速度在深度方向上仍存在梯度变化进而影响层内波组成像时，可以在时间偏移剖面的层位拾取中再增加一个层速度界面或重建部分层速度界面模型，用这种修改梯度的方法可以有效改进该层的偏移成像效果；如发现在同一层内速度梯度合理，在深度方向上仍存在层间能量团未趋于零，此时应通过能量团的剩余速度函数求出速度值。

5）沿层的剩余速度分析也是必须的，方法是将得到的剩余速度值平面图与原有速度模型相加，对深度层速度模型优化后进行目标偏移。再重复上述过程，这样反复迭代，直至得到的剩余层速度误差趋于最小，得到该层最终的层速度平面图。在CMP道集信噪比较高，同相轴形态清晰可辨的情况下，用该方法效果较好。

3.5 叠前深度偏移

影响克希霍夫积分法叠前深度偏移处理效果的主要参数有2个：一是输入的共中心点道集质量；二是参加求和道数的偏移孔径大小。孔径太小，会导致陡倾角的消逝，同时原来道与道之间的不相关噪声容易被改造成一定程度的相关噪声，形成一些假的、短的同相轴。孔径太大，则会引入空间假频等噪声，同时也增加了不必要的工作量。理论上偏移孔径是根据地层最大倾角来确定的，但在实际处理中，在深度体偏前可通过做不同孔径值的叠前深度扫描和不同拉伸系数值的叠前深度扫描，根据目标线成像效果来确定最佳偏移孔径和拉伸系数。在做好所有基础处理工作和偏移参数的优选后，进行体偏从而得到最终的叠前深度偏移数据体。