逆时偏移技术在饶阳凹陷变质岩成像研究中的应用

杜喜善，王博雅，魏 涛，胡金宽，张红文，周兴海，叶秋焱

(中国石油华北油田公司 地球物理勘探研究院，河北 任丘 062550)



逆时偏移技术在饶阳凹陷变质岩成像研究中的应用

杜喜善，王博雅，魏 涛，胡金宽，张红文，周兴海，叶秋焱

(中国石油华北油田公司 地球物理勘探研究院，河北 任丘 062550)

变质岩区块位于饶阳凹陷东部陡带，断裂发育，现有地震剖面显示断层位置不清，断点模糊，断裂组合情况不明，地质结构难以落实。为剖析研究区地质构造，理顺断裂组合，在高精度的叠前道集数据上，经精细速度建模和参数试验，利用逆时偏移技术对本区地震资料进行成像研究，取得了良好的应用效果，目的层信噪比、分辨率明显提高，构造特征更符合地质规律，为后续研究提供了可靠的依据。

叠前深度偏移；逆时偏移；饶阳凹陷；变质岩成像

1 引 言

近年来，油气勘探发展对地震资料处理提出了更高的要求，而逆时偏移技术由于具有相位准确，成像精度高，对介质横向速度变化和高陡倾角适应性强，甚至可以利用回转波、多次波正确成像等优点[1,2]，一直备受国内外学者们的青睐。前人做了大量的多方面理论研究：①逆时偏移延拓算法[3,4]研究,有差分方程推导、边界伪反射压制、数值频散压制等；②边界条件[5-9]研究，包括随机边界条件和吸收边界条件，而PML(完全匹配层，Perfectly Matched Layer)是一种最常用的吸收边界条件；③成像条件[10-12]研究,有互相关成像条件和激励时间成像条件等，徐兴荣等(2012)提出了基于波场分离理论的逆时偏移成像条件[11]；④存储策略[9,13]研究；⑤逆时偏移并行算法[14,15]研究等。

在前人的理论研究基础上，本文从实践角度出发，将逆时偏移技术应用于构造复杂的饶阳凹陷变质岩区块作成像研究，以改善现有地震资料品质，提高成像精度，为地震解释和地质研究提供真实依据，搞清本区构造结构，落实断裂组合情况。

2 研究区概况

饶阳凹陷变质岩河间潜山构造带隶属于东部陡带，受留路—河间基底大断层控制，在大断层上升盘形成隆升带，潜山断层下降盘为河间主生油洼槽(图1)。潜山走向为北东向，潜山出露地层由西北向东南由老变新，西北断面出露下元古界花岗片麻岩，向东南依次出现中元古界长城系常州沟组、团山子组、串岭沟组、高于庄组、杨庄组、雾迷山组，地层走向北东向，倾向南东。

饶阳凹陷变质岩河间潜山地区目前共有10口井钻遇太古界变质岩，其中3口井见直接油气显示，说明该研究区有很大的勘探潜力。但其勘探程度较低， 通过分析研究区老的地震资料(图2)，发现Tg面与变质岩顶面界线不清晰，无法落实变质岩顶面形态展布；河间断层断面局部归位不好，断面无法落实；变质岩内幕地层层间信噪比低，同相轴连续性差；变质岩内幕断层断点不清晰，位置难以确定。为了进一步解剖饶阳凹陷变质岩的地质结构，理顺断裂组合，深化研究潜山及其内幕特征，进行满覆盖面积240 km2的三维地震资料连片叠前逆时偏移处理。

图1 饶阳凹陷变质岩河间潜山发育模式图Fig.1 The development model of metamorphic rock of interchannel buried hill in Raoyang depression

3 逆时偏移基本原理

逆时偏移是目前理论最先进、成像精度最高的地震偏移成像方法，其实现由波动方程延拓和成像两部分构成。采用全声波方程延拓震源和检波点波场[3]，极大限度地保留了有效信息，克服了偏移倾角和偏移孔径的限制，可以有效地处理纵横向存在剧烈变化的地球介质物性特征。

为模拟地球内部的波传播，运用标量波动方程[16]：

(1)

式中：v(x,y,z)是介质的声波；p(x,y,z,t)作为空间和时间的函数，是压力波场。逆时偏移采用波动方程的有限差分解来产生波场。由于高阶差分法用于波动方程具有实践优势[17,18]，采用空间八阶和时间二阶精度的有限差分解，有限差分法可以表示为：

(2)

用式(2)使标量波动方程离散化，计算除靠近边界之外的所有格点的波场。边界点上的波场可通过边界条件[3-5]获取，通常采用PML吸收边界条件修改波动方程[9]为：

(3)

式中，A(l)为衰减系数。

4 逆时偏移方法

饶阳凹陷变质岩区块老资料显示，地层倾角较陡，潜山带附近横向速度变化快，内幕地层层间信噪比低，有效频带窄，成像困难。为了剖析河间变质岩潜山的地质结构，理顺断裂组合，深化研究潜山及其内幕特征，经过原始资料品质认真分析、处理流程以及参数试验的不断改进和完善，采用如下关键技术进行处理。

4.1 叠前道集准备

4.1.1 叠前去噪技术

通过原始资料品质分析，发现工区干扰波(图3)较为发育，如面波、声波、工业干扰(50 Hz)、异常振幅(野值)等。为突出有效波的波组特征，提高信噪比，在深入分析噪音和有效信号特征的基础上，通过共炮点域、共炮检距域等多域以及各种去噪方法的串联使用，对各种噪声进行有效压制，为后续的资料处理奠定基础。

图3 干扰波分析Fig.3 Interference wave analysis

1)人机交互剔除坏道、坏炮对地震资料的影响；

2)充分试验切除参数，采用线性噪音衰减技术，在保证切除浅层折射的同时，最大限度地保留有效信号；

3)通过滤波扫描，确定有效波以及干扰波的频带范围，在尽可能多地保留深层低频有效信息的基础上，通过区域滤波压制面波的干扰，以确保深层潜山构造的成像效果；

4)采用异常振幅衰减串联技术对单炮记录上的野值、声波、50 Hz干扰波、固定震源干扰等进行压制，进一步提高地震资料的质量；

5)针对在共炮点域不敏感的噪音，转换到噪声特征明显的数据域(如共炮检波点域)进行压制。

4.1.2 一致性处理技术

地震资料处理要求同一区块间频率、相位和振幅必须保持相对一致，且研究区资料中包含炸药震源和可控震源两种资料，因此必须进行资料的一致性处理。

1)资料区块间的振幅一致性问题可以通过地表一致性振幅补偿技术得到解决。地表一致性振幅补偿，能有效补偿地震波在传播过程中由于激发和接受条件的变化而造成的能量衰减，消除由于风化层厚度、速度、激发岩性等地表因素横向变化造成的能量差异，使能量在横向上更加均衡，与T补偿相结合，可确保振幅在时间与空间上的一致(图4)。

2)针对炸药震源和可控震源子波相位不一致问题以及连片处理拼接工作中的相位校正、时差校正、频谱匹配等工作，经子波整形处理，以炸药震源资料为目标输出，可控震源资料向其靠拢，从而解决子波的统一问题。如图5所示，经过反褶积之后，子波得到压缩，纵向分辨率有所提高，虽然信噪比有所下降，但可在后续处理中通过迭代去噪得到提升；自相关函数在零延迟处有尖脉冲，而所有其他延迟处都为零，即无旁瓣，表明子波的一致性得到很好地改善；由振幅曲线可知，频带宽度由原来的3～35 Hz拓宽到3～43 Hz，主频也由原来的10 Hz提升到20 Hz，进一步表明反褶积效果良好。

图4 振幅补偿效果对比Fig.4 Comparison of amplitude compensation

图5 反褶积效果对比Fig.5 Comparison of deconvolution

4.1.3 剩余静校正

在表层静校正后，由于近地表速度横向上的变化，使炮点、检波点仍存在一定的剩余静校正量。连片处理时，在野外静校正的基础上，针对不同频带范围内资料进行三维地表一致性剩余静校正与速度分析的多次迭代，逐步提高了剩余静校正精度，解决了区块间数据重叠部分的剩余时差问题，实现了资料的同相叠加，提高了资料信噪比，改善了成像效果。如图6所示，同相轴更平滑，连续性也更好，层间反射更清晰，波组特征更丰富。

图6 剩余静校正效果对比Fig.6 Comparison of residual statics correction

4.2 逆时偏移成像

经过上述处理可得到高质量的叠前偏移道集，在此基础上进行逆时偏移成像研究。而逆时偏移成像的关键是偏移速度场的建立[19-23]，其准确性严重影响成像精度，特别是速度变化剧烈(如高陡构造)时，若速度模型不准确，剖面成像精度低，则波组特征不清晰，严重影响变质岩潜山带构造特征的落实。故而，精确的速度模型显得尤为重要。

结合饶阳凹陷变质岩河间潜山地区资料特点，制定逆时偏移处理流程如下：

1)Kirchhoff叠前时间偏移：将剩余静校正后的叠加速度作为初始时间域偏移速度场做叠前时间偏移处理，通过高精度速度分析(图7)、速度拾取精细质量监控(图8)及剖面对比质量监控，优化时间域偏移速度，质控地下地质构造形态和速度场的分布，为后续叠前深度偏移提供初始深度域偏移速度场。

2)Kirchhoff叠前深度偏移：利用Dix公式将优化的均方根速度场转换为深度域偏移层速度场，将其作为初始偏移速度模型，进行网格层析叠前深度偏移，以共成像点(CIP)道集反射波同相轴被拉平为准则，迭代优化深度域偏移速度场。具体步骤如下：

①模型建立：采用速度属性建立速度模型(图9(a))；

图7 叠前时间偏移速度分析流程Fig.7 Velocity analysis process of Pre-stack Time Migration

②深度成像：叠前深度偏移(Kirchhoff、RTM等)成像；

③层析迭代：基于PC集群的CIP层析迭代产生速度更新结果(图9(b))；

④模型更新：质量控制和编辑下一轮的模型或最终速度模型(图9(c))。

图8 速度拾取质量监控Fig.8 Quality control of velocity analysis

图9 深度偏移速度模型Fig.9 Velocity model of prestack depth migration

3)叠前逆时偏移：以优化的深度域偏移速度场为初始逆时偏移速度场，以炮集数据为输入数据，进行逆时偏移，通过迭代速度分析与迭代偏移优化得到最终偏移速度场和偏移成果。

5 应用效果

结合研究区地震资料的特点，在保幅保真的处理前提下，逆时偏移处理技术应用效果良好，资料信噪比、成像精度都有所提高。由于逆时偏移本质上也是深度偏移的一种，为便于对比分析，本文将不同算法的偏移成果均转换到时间域，结果发现在偏移效果上逆时偏移确实优于叠前时间偏移与叠前深度偏移。

在叠前时间偏移剖面(图10(a)和图10(b))上，可看出变质岩潜山顶界面成像可以很好地勾勒出其整体形态，但潜山左翼部分由于倾角较陡，再加之偏移算法的限制，存在着偏移归位不彻底的现象，而潜山内幕信噪比偏低，波组特征不清晰，成像效果有待进一步改善。分析叠前深度偏移剖面(图10(b)和图10(c))可知，变质岩潜山左翼部分偏移归位合适，且资料信噪比得到提高的同时，频带宽度得到拓展，使得低频信息增多，波组特征清晰，但成像精度有所下降。

较叠前时间偏移剖面与叠前深度偏移剖面，逆时偏移剖面信噪比高，成像精度高，偏移效果良好。图10(e)显示，变质岩潜山内幕噪音得到有效的压制，提高了信噪比，且地层连续性增强，地质现象更丰富。在变质岩潜山左翼部分CMP110～160与时间1.8～2.9 s范围内，基底面与变质岩潜山顶面之间低频信息增多，波组特征明显；潜山内幕CMP140～200与时间2.9～3.1 s范围内，波组特征明显，内幕细节更清晰。图10(f)显示，资料品质得到提升，成像更合理，特别是变质岩潜山右翼部分，低频信息更丰富，波组特征更清晰，易于对比追踪，有利于地震反演预测。

总而言之，逆时偏移成像技术应用于饶阳凹陷东部陡带变质岩区块有效地提高了地震资料的信噪比及分辨率，很好地解决了斜层构造及断面成像精度低的问题，理顺了研究区的断裂组合情况，落实了变质岩潜山的构造形态，提高了内幕成像精度，为后续研究提供了有力的支撑材料。

图10 不同算法偏移效果对比Fig.10 Comparison of migration in different algorithm methods

6 结 论

通过饶阳凹陷东部陡带变质岩区块的逆时偏移成像研究，得到了如下几点认识：

1)本次地震资料处理所采用的叠前去噪、一致性处理、剩余静校正等处理技术，有效地改善了资料品质，提高了资料信噪比和分辨率，为进行逆时偏移成像处理奠定了基础。

2)逆时偏移速度模型的建立不是一蹴而就的，而是一个不断探索反复迭代的漫长过程。首先，获取精准的叠加速度作为叠前时间偏移的初始速度场，这就需要速度场拾取、速度趋势试验以及剖面对比分析的多次迭代；其次，获取符合地质要求的叠前时间偏移均方根速度场，还需要偏移的多轮迭代；再次，将时间域均方根速度场转换成叠前深度偏移的深度域层速度场，通过CIP层析迭代、严密的质量控制、偏移的多轮迭代等，逐步优化得到逆时偏移的初始速度场；最后，通过迭代速度分析及迭代偏移，优化逆时偏移速度模型。

3)相比于叠前时间偏移和叠前深度偏移，逆时偏移技术对介质横向速度变化剧烈的高陡构造区成像具有更强的适应性。针对本区，逆时偏移成像效果更佳，在一定程度上拓宽了有效频带，丰富了层位信息，提高了变质岩潜山内幕成像精度，落实了潜山的地质构造，理顺了研究区块的断裂组合情况，有利于后续地质解释及储层预测工作的开展。

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The Application of Reverse Time Migration Technology to Metamorphic Rock Imaging Research in Raoyang

Du Xishan，Wang Boya，Wei Tao，Hu Jinkuan，Zhang Hongwen，Zhou Xinghai，Ye Qiuyan

(GeophysicalExplorationResearchInstitute,HuabeiOilfieldCompanyofCNPC,RenqiuHebei062550,China)

The fractures develop in metamorphic rock block situated in the eastern steep belt of Raoyang depression. The existing seismic sections show that the fault location isn't clear,the breakpoint is fuzzy,fracture combinations are unknown and geological structure cannot be implemented. In order to analyze the geological structure and straighten out fracture combinations,RTM(Reverse Time Migration) imaging technology is brought in to carry out imaging research for local seismic data on the basis of high accuracy prestack gather data and accurate velocity model and parameter trials,which has got good application effects. The S/N(signal-to-noise) ratio and resolution obviously increase and tectonic characteristics conform preferably with geologic rule,which provide some reliable evidences for further research.

PSDM; RTM; Raoyang depression; metamorphic rock imaging

1672—7940(2016)06—0717—08

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.06.006

杜喜善(1989-)，女，助理工程师，硕士，主要从事地震数据处理工作。E-mail：dxs20082012@163.com

P631.4

A

2016-04-05