逆时偏移成像技术在吉林探区的研究与应用

张立双

（吉林油田公司地球物理勘探研究院 吉林松原 138000）

引言

中国大约40%的剩余油都储存在复杂地区的复杂构造之中，地表条件复杂、资料信噪比低以及地下构造多变等因素，使得低信噪比复杂构造成像仍是地球物理界的难题之一。逆时偏移从原理上讲可以成像回转波、棱柱波等，并使多次反射波收敛聚焦，折射干扰不聚焦成像，对低信噪比资料成像效果也较好。采用这种思路进行低信噪比及复杂构造资料处理，关键问题是配套的速度建模技术、逆时偏移技术的研究和应用。

本文思路是从逆时偏移原理、高精度速度建模和逆时偏移实际资料应用效果等几个方面入手，总结应用逆时偏移的思路和方法，并展示逆时偏移对复杂构造成像的优势和抗噪效果。

1 逆时偏移原理

逆时偏移最早由Whitemore, et al.提出[8]，此后国内外众多学者从不同侧面对该项技术进行了研究。近几年，多核CPU和GPU/CPU异构高性能计算平台的出现使得3D 逆时深度偏移成为实用化技术。逆时偏移方法是无近似的全波方程偏移技术，正向模拟时间域的震源波场，逆时外推时间域的检波点波场，将震源与检波点波场进行互相关成像，该方法算法精度高，是目前理论完整、精度最高的成像方法。

从原理上讲，逆时偏移方法是通过双程波动方程在时间域上对人工给予的震源子波正向传播和接收到的地震资料进行反向传播，结合成像条件实现偏移（Claerbout，1971）。逆时偏移的基础是精确的波动方程而不是对其的近似，同时用时间外推来代替深度外推。逆时偏移避免了上下行波的分离处理，并能实现回转波和多次波的成像，是一种真正的全波场偏移算法。与其他偏移方法对比，相比于单程波方程和克希霍夫的偏移，它运用的是双程波波动方程进行波场延拓，有准确的成像算法，不受倾角的限制，通常适用于解决复杂高陡构造成像问题。

2 速度建模技术

要获得精确的成像结果，除了选择合适的偏移算法外，偏移速度也是一个非常重要的参数[8]。偏移速度的精度直接影响偏移成像的精度，建立准确的速度模型对复杂构造地震成像至关重要。在深度域成像过程中，速度分析的目标是建立一个随深度空间位置而变化的层速度模型。对于复杂构造区域，常常出现地震资料信噪比较低、地震波波场复杂以及地震波照明不均匀等现象，这也是速度建模的困难所在。本文速度建模思路分为近地表建模和深层速度建模，应用初至波反演、剩余速度分析、地质模型约束建模和层析成像等速度建模方法，并提出了综合速度建模的思路。

图1 近地表速度反演

近地表地震速度建模问题是一个反演问题，用于速度建模的软件和方法也越来越多。对于近地表速度求取精度较高的方法是采用初至波反演来求取，如图1所示。为了提高反演精度，需要较小的采用间隔和一定的初至数据的覆盖次数；同时参与计算的炮检距大小也决定了反演深度。

深度偏移的误差是从浅至深逐渐积累的，所以浅层速度模型建立尤为关键，采用反演方法获取的模型精度远高于手工速度谱拾取精度，为深度偏移深层速度建模奠定良好基础。

对于中深层速度模型的建立方法很多，可采用地质模型约束和网格层析等方法求取。如图2所示，采用叠前深度偏移目标线运算与剩余速度迭代来更新速度模型。在复杂构造成像处理中，地震资料信噪比低、地震波波场复杂、静校正问题复杂以及地震波照明不均匀等问题，这些都是影响速度建模的因素。以地质认识为指导，通过建立地震地质模型来约束速度建模，保证构造形态、速度变化趋势的合理性，是地质模型约束的速度建模方法的核心内容，由此可见，这是一项解释性的处理技术，也是在处理过程中地质认识逐渐深化的过程。

层速度场的求取是叠前深度偏移技术应用的关键[4]。层速度场的求取过程分为建立初始速度模型和速度模型迭代修正。叠前深度偏移的初始模型是非常重要的，它应该是平滑的并且最大程度上接近真实模型，以减少迭代次数，提高效率。

图2 深度域初始层速度场建立过程

对于构造简单及速度横向变化不大的工区，往往是将叠前时间偏移得到的均方根速度由DIX公式转化为层速度场，作为初始速度模型（图2），再通过叠前深度偏移迭代处理更新速度模型。但对于速度变化大的复杂区块，层速度场转换只能作为参考，而不能简单作为初始速度模型。其原因是地层倾角较大时DIX公式已不适用。初始速度模型缺少地质构造约束，往往会无法控制其变化，不合理的速度变化所对应的叠前深度剖面容易出现假构造。在错误的初始速度模型基础上，无论采取多少次迭代与更新，无论采取何种先进的偏移算法都无法收敛。

图3 主要层位剩余速度迭代前后对比

在速度模型的迭代修正过程中，通过沿层剩余速度拾取与叠前深度偏移迭代来修正层速度模型（图3），首先采用剩余速度分析、基于层位和基于实体模型的层析成像技术，该方法主要是针对大套地层的整体速度趋势。

对于某些复杂构造, 无论基于层位建模还是基于实体建模，总有地方与实际有偏差。基于网格层析成像技术是基于层位的层析成像技术和基于实体模型的层析成像技术的有力补充,致力于把每个深度偏移CRP道集的每个较强同相轴拉平，当速度模型不准确时，CRP道集同相轴不平直，存在剩余弯曲度。通过分析剩余速度，利用层析成像技术修改层速度模型来达到优化速度模型的目的，直到目的层CRP道集拉平、剩余延迟趋于零为止。层析成像法的一个重要特点是它是一种全局的方法，层析能够将一个点位置处的时间误差归结到另一个点位置处的速度和深度误差，层析法考虑的是整个速度模型。 采用多种方法综合建模，可以得到精度较高的速度模型。

3 处理效果

图4为不同方法成像结果对比，由图可看出逆时偏移成像解决了复杂断块的成像问题，由于采用精确的成像条件及合适的边界处理方式，消除了积分法偏移的画弧现象，提高了断块的内幕成像。

逆时偏移实现了对断点的准确归位，断层更加清楚。Kirchhoff成像由于无法解决射线多路径问题，致使断点绕射及深层成像不准确。同时在Kirchhoff成像中，由于照明不够不能突出深层能量。用逆时偏移处理陡倾角和来自其他双程射线路径的能量，能使陡倾角和复杂构造内幕准确成像，如图5。

图4 复杂构造资料Kirchhoff偏移（左）与逆时偏移成像结果对比（右）

图5 复杂构造Kirchhoff偏移（上）与逆时偏移成像结果对比（下）

另外，复杂构造成像经常伴随信噪比低的问题，地表复杂的区块还存在复杂的干扰类型，尤其是浅层多次折射干扰，非常难以去除，例如WF地区的资料，如图6所示，工区内浅层折射干扰异常发育。任何去噪方法都会有不同程度有效信息的损失，如果不做浅层折射干扰的去除，从叠加剖面上看，虽然覆盖次数很高，叠加后浅层折射得到一定压制，但是仍然存在很多低频干扰，如图7（上）所示，影响成像效果。

图6 折射干扰单炮

图7 未去噪数据逆时偏移前叠加（上）与逆时偏移成像结果对比（下）

图8 未去折射干扰偏移结果（上）与去折射干扰偏移结果对比（下）

逆时偏移可以成像回转波、棱柱波等，并使多次反射波收敛聚焦，但是多次折射并不成像，根据这个特点，可以在完成逆时偏移的同时，消除折射干扰影响，提高信噪比，如图8。对比未去噪数据进行逆时偏移结果和去噪数据的逆时偏移结果，可以明显看出，虽然未去噪的叠加剖面信噪比很低，但逆时偏移结果的信噪比没有受到折射干扰的影响，二者信噪比相当，而且进行细致的频率分析，发现前者的低频成分更加丰富，因为任何去噪方法对有效信息都会有不同程度的损失，所以，采用逆时偏移的成像方法，而不采用去噪的方法，可以最大程度保留有效信息，得到高信噪比和高成像精度的地震成像结果。

6 结论

速度模型的准确与否直接关系到偏移成像的效果，采用初至波反演得到近地表速度模型，通过正确控制速度初始趋势，采用基于层位和实体模型的层析成像技术、地质构造模式约束等有效建模技术，获得中深层速度模型，能保证速度的可靠性和准确性；Kirchhoff深度偏移成像效果好于时间域偏移，但Kirchhoff积分法由于无法解决射线多路径问题，逆时偏移实现了对断点的准确归位，断层更加清楚，复杂构造内幕清楚，同时可以克服折射干扰的影响，高精度成像的同时提高信噪比，最大程度保留有效信息，逆时偏移从理论和实际应用效果上都是目前精度较高的成像算法。