逆时偏移成像技术在南阳凹陷复杂断块区的应用

张永华，李 锋，张 悦，林社卿，郑凯文，董骐瑜

（1．中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南郑州 450000；2．中国石油大庆油田有限责任公司第二采油厂；3．中国石化石油工程地球物理有限公司华北分公司）

对于地下构造复杂、速度横向变化大的地区，叠前偏移时间处理不能满足地下精细成像的要求，需要通过叠前深度偏移处理才能保证复杂断裂带的准确成像。叠前深度偏移方法主要有克希霍夫叠前深度偏移、逆时偏移等。克希霍夫叠前深度偏移运算速度快、偏移精度高，但存在不同程度的近似性和方法上有假频等问题，影响了偏移成像的精度。逆时偏移处理技术能有效地解决地震波传播的多路径问题[1-2]，有利于提高复杂断裂带的成像精度。逆时偏移技术用于南阳凹陷白秋地区复杂断裂构造带表明，大断层归位准确且复杂断裂带内的小断层较以前更清晰、可靠。

1 逆时偏移基本原理

叠前逆时偏移采用双程波动方程求解，是一种基于波动理论的深度域偏移方法[3-4]，其过程分为三步。首先，利用双程波动方程对震源波场沿时间方向进行正向延拓，并保存每一时刻的外推波场值；然后利用双程波动方程对接收波场进行逆时延拓并保存波场值；最后应用成像条件，得到该时刻的成像点，将所有时刻的成像结果叠加，得到最终的逆时偏移剖面[5-8]。描述地震波场的双程波动方程如下：

式中：u（x，y，z，t）为介质中压力场；∁（x，y，z，t）为速度场； S（x，y，z，t）是震源项。

该方程的解能精确地描述复杂构造带的地震波传播[9-10]。逆时偏移成像条件为：

式中：Im(x)为点x的偏移成像值；F（x，y）为点x处顺时外推的震源波场；R（x，t）为x处逆时外推的记录波场。假设只有P波传播，子波为脉冲函数，那么顺时震源波场F（x，y）可以表示成：

式中：tp是从炮点至空间点x的旅行时，这样，成像条件就可简化为：

某个空间位置x，如果tx=tp，那么就得到x处的矢量波场。利用波场传播最大相干性成像原理，对地表接收波场与震源波场在同一时刻作相干成像处理，筛选出某一空间位置的最大相干值作为其成像值，实现逆时成像[11-14]。

2 逆时偏移处理技术的应用

逆时偏移处理分为叠前净化处理、速度建模、逆时偏移三个步骤。首先进行静校正、去除噪音、振幅恢复等常规处理，以保证地震资料具有较高的信噪比和分辨率；其次建立较准确的深度-层速度模型；最后应用逆时偏移进行最终偏移成像。

2.1 叠前预处理

白秋地区位于南阳凹陷北部斜坡带，其西南方向紧邻凹陷生油中心，东北方向与唐河低凸起相接；受边界断裂及构造应力影响，发育多组断裂，部分断裂倾角大，不同方向的断裂相互切割、构造破碎。针对该区地震资料特点进行叠前多域综合去噪、 地表一致性及静校正处理[15-16]，采用信噪分离方法压制低频面波与高频干扰，提高地震资料的信噪比及分辨率，为逆时偏移打下了良好的基础。

2.2 建立速度模型

准确的速度模型是获得高质量逆时偏移成像的前提。为了获得较真实可靠的偏移速度场，对垂向速度分析得到的时间速度对，采用样条插值、速度反演生成层速度模型。

利用网格层析成像技术对层速度模型进一步修正，建立准确的速度模型。

2.2.1 初始速度模型的建立

叠前时间偏移对速度的敏感度相对较小，可借助叠前时间偏移求均方根速度。通过多次迭代分析均方根速度，建立叠前时间偏移速度模型；再借助叠前深度偏移求取适于深度偏移的短波场层速度。叠前深度偏移进行迭代后，深度CRP（共反射点）道集基本拉平，成像也有所改善。通过垂向速度分析得到时间速度对，再通过样条插值和反演产生速度模型。

2.2.2 层速度模型的细化

经过以上速度分析后，模型可能还有一些局部速度误差，可再进行微调。采用三维网格层析成像的方法，对某些网格点修正速度。如果偏移速度与真实速度有偏差，则CRP道集不平，可根据剩余速度变化情况修正速度模型，调整部分短波场的速度误差。多次迭代后，CRP道集剩余深度误差趋于零，由此可建立精确的速度模型。图1为初始速度模型与最终速度模型的对比，从速度三维可视化图上可以看出地下速度的变化细节及变化趋势。该速度场与构造具有较好的一致性，符合地下地质规律。

图1 初始速度模型（a）与最终速度模型（b）对比

2.3 偏移参数的优化

偏移参数的选取直接影响偏移的信噪比、分辨率和偏移运行时间。因此，通过理论分析及试验，优选偏移孔径、反假频因子等偏移参数。

2.3.1 偏移孔径的选取

偏移孔径取决于地下构造倾角的变化，理论上越大越好，但由于噪声的存在，太大的偏移孔径反而会影响成像质量。在保证该区45°～60°大倾角断裂精确成像的前提下，尽量选择较小的孔径，以保证微幅度地层的成像质量。

根据白秋地区构造变化特点，分别进行了东西、南北两个方向偏移孔径试验，图2为偏移孔径参数试验剖面。层深4 500 m和4 000 m的偏移孔径在2 000 ms以上没有差异，2 500 ms以下高陡反射同相轴有差异；5 500 m和5 000 m的偏移孔径在2 500 ms以上没有差异，而5 500 m偏移孔径在深层出现一些偏移带来的噪音。综合考虑目的层的特点后，选偏移孔径为4 000～5 000 m。

2.3.2 反假频因子的确定

南阳凹陷复杂断裂带局部地区的偏移剖面出现了假频现象，需要进行三维反假频滤波处理。当反假频因子过小时，剖面分辨率高，但信噪比降低；当反假频因子增大时，信噪比提高，分辨率有所降低，因此需要通过试验选择最佳平衡点。处理中进行了15 m、20 m、25 m的反假频因子试验，图3为反假频因子试验对比，从中看出反假频因子为20 m时偏移剖面的资料品质比反假频因子为15 m时有改善。根据试验结果，再考虑到整体信噪比和分辨率的关系，最终选择了反假频距离为20 m。

3 应用效果分析

图2 不同偏移孔径偏移效果对比

图3 不同反假频因子参数效果对比

在白秋复杂断裂带进行的叠前逆时偏移处理显示，构造归位准确、断点成像清晰。

对比叠前时间偏移剖面与逆时偏移剖面显示，叠前逆时偏移改善了断层成像精度，断层的断点位置、断面特征比叠前时间偏移成像精度更高，断层与周围地层的接触关系更加清晰，波组错断明显。

通过对研究区复杂断裂构造带逆时偏移三维数据体进行全三维立体解释，理顺了复杂断裂构造带的断裂构造特征，发现了17个断块圈闭，在断块圈闭高部位部署N107，N108，N109，N113，N118等井均钻遇油层并试获工业油流。

4 结论

（1）针对目标区地震资料的特点，进行叠前多域综合去噪、地表一致性及静校正处理来提高地震资料的信噪比，是作好逆时偏移处理的前提条件。

（2）高精度速度模型对叠前逆时偏移成像至关重要。在速度建模过程中应充分了解研究区的构造特征、岩性变化规律，才能获取高精度速度模型，从而真实反映构造及岩性变化。

（3）偏移参数的选取直接影响偏移的信噪比、分辨率和偏移运行时间。通过理论分析及试验，优选偏移孔径、反假频因子等偏移参数来提高信噪比和分辨率，同时降低了偏移运行时间。