中深层成像多次聚焦共反射面元叠加技术研究及应用*

汪小将陈宝书张金淼杨 锴

（1．中海油研究总院； 2．同济大学）

中深层成像多次聚焦共反射面元叠加技术研究及应用*

汪小将1陈宝书1张金淼1杨 锴2

（1．中海油研究总院； 2．同济大学）

针对现有地震资料中深层照明度低、反射信号弱、信噪比差等问题，基于傍轴射线及菲涅耳带理论，提出并研发了多次聚焦共反射面元叠加技术。该技术可以在室内处理方面大幅度增加地下尤其是中深层共反射点覆盖次数，有效增强中深层弱反射信号、提高信噪比，改善中深层地震资料品质。应用结果表明，相对于常规共反射面元叠加技术，多次聚焦共反射面元叠加技术在属性参数搜索、倾角歧视、中远偏移距时距曲线精度以及是否输出叠前道集等方面都具有明显的优势，且在南海琼东南盆地深水区地震资料处理应用中取得了良好效果。

中深层；多次聚集共反射面元叠加；技术优势；应用效果；琼东南盆地深水区

中深层地震资料往往存在反射信号弱、信噪比低等问题，对地震资料解释和构造单元、沉积相划分等勘探研究工作带来不利影响，其原因主要有：①地震波向地下传播受几何扩散、大地吸收等影响，能量逐渐降低，信噪比也随之降低；②受地震采集方式的影响，浅层地层结构简单、地层产状变化不大，地震资料信噪比一般都比较高，而中深层地层产状变化大、地质构造复杂，常规地震采集资料的中深层照明度差，造成中深层反射信号弱［1-3］；③常规地震资料处理多次覆盖技术是建立在基于水平层状介质的共中心点叠加理论基础之上，水平层状介质条件下共中心点道集基本能反映同一反射点信息，而当下伏地层产状变化时，共中心点道集是来自不同反射点信息，且地层埋藏深度越大，产状变化越大，反射点偏差就越大，造成中深层反射点实际有效覆盖次数较低，最终叠加成像能量弱、品质差。

目前的叠前偏移处理技术可以将来自不同反射点的信息偏移到真实位置，但前提是需要精确的速度模型，而目前的速度模型是基于水平层状介质假设条件下求取得到的，其精度难以满足要求。因此如何避开速度模型难题，增加中深层共反射点覆盖次数，成为改善中深层成像品质的重要研究方向［4］。为此，笔者提出并研发了不依赖于速度模型的多次聚焦共反射面元叠加技术，该技术基于傍轴射线与菲涅耳带理论［5］，从处理技术角度实现了覆盖次数大幅增加，并在实际地震资料处理应用中使中深层成像品质得到了明显改善。

1 方法原理

多次聚焦共反射面元叠加技术的提出是基于傍轴射线与菲涅耳带理论［6］。地震波的能量从激发点传播到接收点不是沿着一根射线传播的，而是沿着以这根射线为中心的一个邻域传播的，地震波能量的分布是以中心射线向两边逐渐衰减。根据傍轴射线理论，只要是菲涅耳带半径内的地震波能量，由于其相位差不超过π／2，所以都可以同相叠加。据此提出了从共反射点（CRP）叠加到共反射面元（CRS）叠加的概念［7-8］。

为描述共反射面元时距曲线，即得到CRS叠加面，笔者引入了描述CRS时距曲线的3个特征波属性参数：NIP（Normal Incident Point）波曲率半径Rnip、Normal波曲率半径Rn、中心零炮检距射线在地面出射时的出射角α（图1）。有了这3个特征波属性参数，根据式（1）就可以得到描述R点处的CRS时距曲线，据此即可在叠前数据空间建立反射点R处的CRS叠加面，实现CRS叠加。

图1 描述CRS时距曲线特征波属性参数示意图

图2 三维数据空间：由一段圆弧形反射对应的CRP轨迹组成的CRS叠加曲面（引自Hubral［6］，1999）

图2是以常速盐丘模型为例，展示了反射点R的CRP轨迹及对应的共反射面元（图中粗线画出的弧段CR为关于R的共反射面元）的CRS叠加曲面，可以看出从CRP叠加到CRS叠加，其覆盖次数得到了大幅度增加。

2 技术优势

与传统共反射面元叠加技术相比，多次聚焦共反射面元叠加技术有以下4个方面的优势：

1）在属性参数搜索方面，传统CRS叠加技术是在叠后数据上进行属性参数搜索，处理后只能输出叠加成像结果，不能输出叠前道集；而多次聚焦CRS叠加技术是在叠前数据空间进行属性参数搜索，不仅能输出叠加成像结果，同时也能输出叠前道集，这样可以为叠前偏移成像及其他特殊处理提供高品质道集。

2）在倾角歧视方面，传统CRS叠加技术在属性参数搜索方面是以最大能量为原则，当叠后剖面上存在2组不同角度反射波相互交叉时，能量强的一组反射波相对得到增强，而能量弱的另一组反射波则相对被压制，因此存在着倾角歧视现象；而多次聚焦CRS叠加技术则在应用过程中结合偏移和反偏移技术克服了倾角歧视问题。

3）在描述时距曲线精度方面，传统CRS叠加技术由于其特征波属性参数是在叠后零偏移距剖面搜索得到，属性参数所表达的时距曲线在近偏移距与实际曲线吻合得较好，但在中远偏移距时误差会越来越大，因而其构建的CRS叠加曲面精度不高，叠加成像品质改善有限；而多次聚焦CRS叠加技术由于其特征波属性参数是在叠前数据空间搜索得到，属性参数所表达的时距曲线与实际时距曲线吻合度较好，因而其所构建的CRS叠加面比较准确，叠加后成像效果改进明显。

4）在输出道集方面，传统CRS叠加技术仅能输出地震数据叠加结果；而多次聚焦CRS叠加技术则可输出高信噪比的叠前道集，而且进一步进行叠前偏移成像等后续处理即可得到更高信噪比及成像精度的处理成果。

图3为4种不同叠加成像方式结果比较，可以看出：常规CMP叠加信噪比低；传统CRS叠加信噪比有所提高，但反射细节特征缺失，且存在倾角歧视现象；多次聚焦CRS叠加结果剖面信噪比提高明显，且剖面细节保持较好；多次聚焦CRS叠加结合偏移和反偏移处理结果剖面信噪比不仅大幅提高，且断面波、绕射波得到很好保持，有效克服了倾角歧视现象。

3 应用效果分析

基于所研发的多次聚焦CRS叠加处理技术，在南海琼东南盆地选择部分中深层地震资料品质差的靶区开展了处理应用研究，并建立了一套适合该地区地震资料特点的提高中深层成像品质的处理流程（图4）。

图5为琼东南盆地某测线多次聚焦CRS叠加处理前后炮集比较，可以看到只经过常规处理后的炮集，其中深层信噪比较低，反射信号弱；而将该炮集经多次聚焦CRS叠加技术处理后，其中深层信噪比显著提高，之前湮没在噪音中的弱有效信号得到了明显增强。

图3 不同叠加成像方式比较

图4 琼东南盆地中深层地震成像处理技术流程

图5 琼东南盆地多次聚焦共反射面元叠加技术处理前后炮集比较

图6为该测线凹陷中部位置多次聚焦CRS叠加处理前后速度谱比较，处理前中深层速度谱能量团分布杂乱，聚焦差，速度拾取困难，存在多种解释方案；而处理后中深层有效信号得到增强，速度谱能量团聚焦性好，速度易于解释，且速度纵向变化规律与地质特征更加吻合。图7、8分别为该测线应用多次聚焦CRS技术处理前后叠加剖面和偏移剖面的比较，处理前均表现为中深层信噪比低，有效信号弱，地层凹陷内幕结构不清楚；而处理后中深层信噪比大幅度提高，弱反射信号得到显著增强，凹陷右侧5.0～6.5 s之间模糊带区域出现清晰反射，地震资料品质明显改善。

图6 琼东南盆地多次聚焦共反射面元叠加技术处理前后速度谱比较

图7 琼东南盆地多次聚焦共反射面元叠加技术处理前后叠加剖面比较

图8 琼东南盆地多次聚焦共反射面元叠加技术处理前后偏移剖面比较

4 结束语

与传统共反射面元叠加技术一样，多次聚焦共反射面元叠加技术相对于常规CMP叠加，都是基于共反射面元的观点，在室内处理方面实现了大幅度增加地下反射点的覆盖次数；但同传统共反射面元叠加技术相比，多次聚焦共反射面元叠加技术又有其优势，可在叠前数据空间进行属性搜索，构建的时距曲线与实际曲线吻合度更高，并有效地克服了传统共反射面元叠加技术的倾角歧视问题，可为叠前偏移成像及其他特殊处理提供高品质的叠前道集。该项技术的应用应针对靶区的地震地质特点，设计最优的采集方案，采集到来自地下的反射信号，这样后期处理才有可能进一步提高地震反射品质。

［1］ 李绪宣，于更新，符力耘，等．应用边界元模拟方法分析复杂海底地震散射特征［J］．中国海上油气，2011，23（6）：357-361．

［2］ 李绪宣，温书亮，尹成．深水崎岖海底区不同采集方向地震波照明能量分布特征研究［J］．中国海上油气，2010，22（2）：73-76．

［3］ 庄祖垠，陈继宗，王征，等．深水地震资料特征及相关处理技术探析［J］．中国海上油气，2011，23（1）：26-31．

［4］ 李林，黄安敏，李添才，等．南海西部深水区二维叠前地震成像方法应用研究［J］．中国海上油气，2011，23（5）：299-302．

［5］ 高博禹，孙立春，胡光义，等．基于砂控地质建模和Montecarlo模拟的储量评价方法［J］．中国海上油气，2009，21（2）：109-112．

［6］ HUBRAL P，SCHLEICHER J，TYGEL M．A unified approach to 3-D seismic reflection imaging，Part I：Basic concepts［J］．Geophysics，1996，61：742-758．

［7］ 杨锴，马在田．输出道成像方式的共反射面元叠加方法I：理论［J］．地球物理学报，2006，49（2）：546-553．

［8］ BAYKULOV M，GAJEWSKI D．Prestack seismic data enhancement with partial common-reflection-surface（CRS）stack［J］．Geophysics，2009，74（3）：49-58．

A technique to stack multi-focusing CRB imaged in medium-deep intervals and its application

Wang Xiaojiang1Chen Baoshu1zhang Jinmiao1Yang Kai2
（1.CNOOC Research Institute，Beijing，100027；2.Tongji University，Shanghai，200092）

In consideration of the problems of seismic data in medium-deep intervals，such as low illumination，weak reflection signal and poor S／N ratio，a technique to stack multi-focusing CRB（commom reflection bin）was presented and developed on a basis of the paraxial ray and Fresnel zone theory．During in-house processing of seismic data，this technique can greatly increase coverage folds，effectively enhance weak reflection energy and improve S／N ratio and data quality of commom reflection points in subsurface，especially in medium-deep intervals．Its application results have shown that the technique is superior in many respects，such as attribute searching，dip discrimination，time plot precision of middle-far offset and whether outputting pre-stack gathers，to the conventional technique to stack CRB．Therefore，it has resulted in good effects during processing deep water seismic data in Qiongdongnan Basin．

medium-deep interval；multi-focusing CRB stack；technique advantage；application effect；deep water area in Qiongdong nan Basin

2013-01-11改回日期：2013-04-29

（编辑：周雯雯）

*国家科技重大专项课题“南海北部深水区复杂地貌及地质结构的地震采集、处理、解释方案及参数优化研究（编号：2008zX05025-001）”部分研究成果。

汪小将，男，高级工程师，1997年毕业于原长春科技大学应用地球物理专业，长期从事地震数据处理研究工作。地址：北京市东城区东直门外小街6号海油大厦（邮编：100027）。