王 江

（中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

同疊后地震處理數(shù)據(jù)相對比，疊前偏移數(shù)據(jù)更能真實反映地下構造形態(tài)、巖性橫向變化[1-3]，但在地下斷裂發(fā)育、構造形態(tài)復雜、速度橫向非均質性強的地區(qū)，盡管共炮檢距Kirchhoff疊前深度偏移算法對復雜速度場的橫向變化適應性好、計算效率高，但由于地下構造形態(tài)復雜，Kirchhoff 疊前深度偏移成像結果也會產(chǎn)生地震反射運動學與動力學假像[4-5]。對于速度橫向變化大的復雜高陡構造帶，盡管逆時偏移成像結果適應性強，但是必須建立高精度的速度場，因此速度模型不精確的情況下仍無法保證高陡構造帶精細成像。

大楊樹盆地位于興安嶺褶皺帶南部，面積15460km2，為一NNE向長條帶狀展布的中生代斷陷盆地，盆地東西兩側均以斷裂為界，構成盆地西緩東陡、南深北淺，且由南向北呈坳隆相間的構造格局。大楊樹盆地經(jīng)歷了多期建造和多期改造，構造復雜、斷裂極其發(fā)育。受多期構造運動的影響，主力目的層九峰山組發(fā)育多個走向不同的斷層，形成網(wǎng)格狀的斷裂格局，同時九峰山組巖性縱、橫向變化劇烈，主要為中基性熔巖、火山碎屑巖夾礫巖、砂巖、泥巖和煤層，速度縱、橫向非均質性強，致使準確的速度場建立困難，不但繞射波難以收斂，而且反射波難以有效準確歸位，復雜構造帶無法得到高質量的構造成像資料，Kirchhoff 疊前深度偏移和逆時偏移得到的地震資料不但信噪比低、目的層九峰山組的地震反射特征不清，而且地震資料的分辨率也較低，無法滿足精細構造解釋、精細儲層預測和精細油藏描述的地質需求。針對大楊樹盆地復雜的構造地質條件，在準確的速度場建立基礎上，地震反射波歸位精確，繞射波收斂合理，獲得高信噪比、能夠滿足地震—地質需求的地下構造精細成像資料是處理的重點。由于疊前時間偏移是在“共炮檢距域”來實現(xiàn)的，偏移成像技術仍以地面炮檢距為基礎，疊前偏移采用的走時算法通常為直射線或者彎曲射線追蹤理論和方法，假設地下地質模型為各向同性介質或者層狀各向同性介質，但是這種假設條件在復雜地質體、橫向速度變化大和存在各向異性的情況下造成走時計算不準，從而引起動校正和地震偏移結果產(chǎn)生誤差。不但地面接收到的方位角信息與復雜地下構造的真實方位存在差異，而且地面炮檢距及其方位角信息同地下成像點處地震波場傳播方向也不存在一一對應關系，根據(jù)地震波散射理論，通過常規(guī)“共炮檢距域”疊前偏移方法來揭示地下成像點與方向有關的地震波場特征也是困難的,炮檢距域成像方法也無法準確識別地震波場的局部方向差異，在入射角度域疊加會引起地震成像振幅的畸變。由于大楊樹盆地地質構造復雜，斷層發(fā)育，建立的速度模型盡管比較合理，但是地下真實反射點的地質信息也無法由傳統(tǒng)的CMP道集、共炮域道集得到的CIG 道集的地震波組特征表現(xiàn)出來，CIG 道集反映的地質信息位置卻與地下真實反射點有一定的偏離距離。為了提高復雜構造帶地震成像質量，克服偏移過程中出現(xiàn)的地震、地質假象,Koren 和Ravve 基于地震射線理論，將偏移孔徑內(nèi)全部的地震波場數(shù)據(jù)以及各個方向波場的方位信息應用于局部角度域疊前深度偏移中，在角度域對成像道集進行構建，可以得到地下成像點的真實方位信息。局部角度域疊前深度偏移處理不但可以提取反射角道集和傾角道集，而且還可以應用反射角道集和傾角道集進行速度建模和高精度地震成像，通過構建鏡像加權因子傾角道集來提高地震反射能量，減小散射能量，從而得到復雜構造帶的高分辨率、高信噪比地震精細成像剖面。

本文基于全方位局部角度域疊前深度偏移方法和原理，在大楊樹盆地3D地震資料處理中應用全方位局部角度域疊前深度偏移技術同時提取反射角道集和傾角道集，構建鏡像加權因子來提高地震反射能量、減小散射能量，然后對傾角道集進行疊加得到地下真實的成像結果，同Kirchhoff疊前深度偏移方法對比，不但復雜構造帶精細成像，而且地震資料分辨率和信噪比都明顯提高，地震頻帶由8～78Hz 拓寬到5～88Hz，能夠滿足構造精細解釋和勘探生產(chǎn)的地質需求。

1 基本原理

以射線追蹤理論為基礎，將地面檢波點R收到的地下信息映射到地下局部角度域體系中進行波場分解與成像是全方位局部角度域精細成像的核心。據(jù)地震運動學理念，由于地下任何成像點的地震波組特征都是由地震入射波場和散射波場相互作用而產(chǎn)生的，所以可以把地下成像點M處的地震入射波場和散射波場分解成局部平面波來表示成像點處地震波傳播的方向，入射射線和散射射線的傳播方向分別用兩種射線的傾角和方位角來表示，通過每個射線對將地面檢波點接收的地震數(shù)據(jù)映射到地下局部角度域坐標體系中，這樣地下波場的局部傳播方向就可以用入射波場和散射波場的傾角和方位角來表示（圖1）。

圖1 全方位局部角度域地震反射圖

圖1中Y軸（方位角的參考方向）為正北方向，地震波入射射線和反射射線的方向由射線對的法線傾角（α1）和方位角（α2）以及射線對的開角（β1）和射線對所在平面的方位角（β2）四個地下局部角度域的角度來表示。全方位局部角度域偏移成像算法是以地震走時射線理論為基礎，利用射線追蹤方法由地下成像點M開始向地面檢波點R進行走時追蹤，將地面檢波點R接收到的地震信息映射到地下局部角度域坐標體系中，其映射關系為：

式中：M——地下地震成像點位置；

S——炮點位置；

R——檢波點位置。

由于映射過程中來自所有方向的地震射線都要參與地震成像，為降低數(shù)據(jù)運算要求，在計算過程中進一步將映射分解為傾角和反射角兩種互補的角度域道集。

在傾角成像道集中，地震成像點M的反射率是α1和α2對β1和β2的積分：

在反射角成像道集中，地震成像點M的反射率是β1和β2對α1和α2的積分：

式(2)和(3)中：Kα、Kβ——傾角積分和反射角積分的核函數(shù)；

H——傾斜因子，其數(shù)值與射線對開角β1的大小成反比。

因此，對于地下每一個成像位置，每種角度域成像道集都是α1和α2對β1和β2、β1和β2對α1和α2的積分，應用積分式(2)和積分式(3)就可以得到全方位局部角度域的反射角道集和傾角成像道集。

在實際全方位局部角度域地震資料處理過程中，應用反射角道集來建模，應用傾角道集疊加來進行地震精細成像。對傾角道集通過提取鏡像加權因子，提高地震反射能量，而將散射能量減小，提高地震資料的信噪比，獲得高精度的地震成像資料。如果想獲得突出斷層、溶洞散射能量的地震反射特征剖面時，只要提取相反的加權因子即可突出斷層、溶洞的地震波組特征；而反射角道集不但包括來自地下不同方位的地震—地質信息，而且淺層反射角的角度范圍比中深層反射角的角度范圍更大，更利于建立淺層速度模型。

2 大楊樹盆地復雜斷裂帶地震資料處理

2.1 大楊樹盆地地震地質條件

大楊樹盆地構造上位于大興安嶺褶皺帶，與松遼盆地緊鄰，地表多為火山巖覆蓋，地形起伏較大，平均地面海拔200～400m，相對高差為65～200m。野外采集觀測系統(tǒng)具有以下特點：①覆蓋次數(shù)較高、面元適中，有利于提高地震資料分辨率；②炮檢距相對適中，在保證目的層信噪比的同時也對分辨率有益；③方位角較寬，炮檢距分布較為勻稱，有利于速度分析。但是主力目的層九峰山組地質構造復雜，斷層發(fā)育，巖性橫向變化劇烈，致使準確的速度場建立困難，不但繞射波難以收斂，而且反射波難以有效準確歸位，構造復雜帶內(nèi)部無法得到高質量的構造成像。

2.2 深度域速度建模

針對大楊樹盆地復雜的地下構造形態(tài)，在精細速度建?；A上，實現(xiàn)復雜構造帶反射波歸位準確、繞射波收斂合理，獲得高信噪比和高分辨率的復雜構造成像結果是處理的核心。在速度建模過程中主要包括：①在地震互相干建立的初始速度建模基礎上，應用Kirchhoff積分法在共炮檢距成像道集上對速度模型進行迭代優(yōu)化，即“Kirchhoff PSDM+網(wǎng)格層析建?！?，這個迭代循環(huán)以道集拉平和剩余延遲歸零為目標進行速度更新；②再應用網(wǎng)絡層析方法對速度模型進行優(yōu)化，借助共角度域道集對速度模型開展剩余延遲分析，即以“全方位角成像偏移+多方位層析建模”，利用方位—反射角道集系統(tǒng)進行多方位速度分析進一步使得剩余延遲歸零，建立最終成像所需要的速度模型。

2.3 地震成像關鍵參數(shù)

2.3.1 偏移孔徑

偏移孔徑是地震精細成像中最為關鍵的參數(shù)，偏移孔徑與最大成像傾角有關。較小的孔徑意味著較少的數(shù)據(jù)操作和運算，減少由于偏移引起的噪聲，而陡傾角的成像需要大孔徑，限制孔徑的偏移將不利于陡傾角的成像，影響斷點、斷面的成像質量，但較大孔徑不但增加處理周期而且在偏移求和中也會引入偏移噪聲（如畫弧等），導致信噪比的降低。通過偏移孔徑值測試對比，認為12km×12km比較適合本區(qū)復雜構造帶的陡傾角成像。

2.3.2 反假頻參數(shù)

為了避免Kirchhoff偏移求和軌跡的算子傾角太陡產(chǎn)生算子假頻問題，影響偏移成像質量。沿著算子軌跡求和的地震道采樣序列需滿足Nyquist采樣準則，偏移前對地震輸入數(shù)據(jù)做反假頻濾波處理，確保輸入數(shù)據(jù)不存在高于fmax的頻率成分。通過反假頻參數(shù)的偏移結果測試（0.5,0.75,1.0,1.25），當反假頻參數(shù)較大時，地震資料的信噪比、連續(xù)性較好，但分辨率會有所降低?？紤]目的層地震成像的分辨率，反假頻參數(shù)選擇1.0。

2.3.3 最大傾角

通過40°～58°范圍的最大傾角參數(shù)測試實驗，隨著最大傾角的增大傾角道集能量逐漸減弱，設定最大成像范圍在58°左右。由于斷層處繞射傾角范圍較大，參數(shù)較小時有大傾角散射不能成像。當最大傾角參數(shù)較小時，同相軸信噪比、連續(xù)性較好，但是斷層分辨率受損。綜合比較，陡傾角噪聲在特定區(qū)間最強（47°～51°），認為選擇目的層深度（2000～3000m）最大傾角58°適合大楊樹盆地復雜構造帶陡傾角成像。

2.3.4 最大開角

通過最大開角44°和34°參數(shù)(道集分別為400、600、800、1000 和1200)測試，當最大開角參數(shù)較大時，遠道拉伸較多，導致成像剖面噪聲較重；當最大開角參數(shù)較小時，遠道反射信息受損失。綜合比較，認為選擇目的層深度（2000～3000m）最大開角34°合理。

2.4 加權成像

利用全方位局部角度域偏移方法的成像優(yōu)勢，在精細的速度模型建立基礎上，首先通過地震射線追蹤將地面接收到的地震信息映射到地下局部角度域坐標系中；其次將全方位局部角度域地震入射波場和散射波場分解與解析；最后對傾角成像道集加權疊加精細構造成像。應用全方位局部角度域深度偏移方法對大楊樹盆地3D地震資料進行處理，并與常規(guī)的Kirchhoff積分法進行了比較。在全方位局部角度域系統(tǒng)中得到全方位反射角道集的同時也可以得到疊加成像的全方位傾角地震成像道集。全方位傾角成像道集包含地震反射能量、地震散射能量和繞射能量等三種能量，通過對傾角道集進行鏡像加權來分離地震反射和繞射能量，降低散射相關能量振幅值,增強傾角道集內(nèi)鏡像方向相關的振幅，得到的鏡像傾角道集不但反射能量強，而且消除了散射和繞射能量，對鏡像傾角道集疊加后可增強連續(xù)結構界面同相軸,獲得高精度復雜區(qū)域的無繞射成像剖面，得到高精度反射波成像剖面。

圖2是在精細的速度模型建立基礎上，應用常規(guī)Kirchhoff疊前深度偏移和全方位局部角度域疊前深度偏移方法得到的地震剖面對比，全方位局部角度域疊前偏移成像效果好于Kirchhoff 疊前深度偏移,復雜構造帶內(nèi)部結構得到準確成像、斷點有效歸位,特別是陡傾角成像方面全方位局部角度域疊前偏移的優(yōu)勢比Kirchhoff法偏移更明顯。主要表現(xiàn)為目的層九峰山組內(nèi)部得到精細成像，不但地震反射同相軸連續(xù)、信噪比提高、反射能量聚焦，而且地震反射波歸位準確、繞射波收斂合理、陡傾角深大斷裂和疊瓦狀構造的地震反射特征更加清晰，有利于大楊樹盆地構造特征的整體認識。

圖2 Kirchhoff偏移剖面（左）與全方位局部角度域偏移剖面（右）對比

通過全方位局部角度域疊前深度偏移處理，大楊樹盆地3D 地震資料不但地震剖面構造成像質量明顯改善，而且地震資料的分辨率和信噪比也得到明顯提高，經(jīng)全方位局部角度域疊前深度偏移處理后不但保持了原始地震數(shù)據(jù)時頻關系和波組特征，而且保真、保幅。在大楊樹盆地3D地震資料處理過程中，將傾角道集和反射角道集分別作為成像道集和建模道集。對于傾角道集，通常提取鏡像加權因子，使得反射能量獲得一個大的加權值，而散射能量獲得一個小的加權值，從而增強信噪比和反射能量，獲得了高精度的成像剖面，地震數(shù)據(jù)主頻提高，頻帶拓寬了13Hz（由8～78Hz拓寬到5～88Hz），層間地震反射信息豐富，在頻帶有效拓寬同時，不但保持了地震數(shù)據(jù)的時頻特性和相對振幅關系，而且經(jīng)全方位局部角度域疊前深度偏移處理后地震弱反射特征增強、地震頻帶雙向展寬，高頻端振幅能量增高、頻率提高的同時，低頻端頻率也有效地拓展了3Hz。而Kirchhoff法偏移剖面因同時含有反射能量、散射能量和繞射能量，常規(guī)處理三種反射相互干涉、分離困難，致使復雜斷裂帶成像效果差，同全方位局部角度域疊前深度偏移剖面相比主頻低，頻寬窄。

3 結論

（1）在速度變化劇烈、地質模式復雜的構造區(qū)域內(nèi)，全方位局部角度域疊前深度偏移精細地震成像方法適應性強，能夠使反射波歸位準確、繞射波收斂合理。

（2）在淺層全方位反射角道集角度范圍寬、信噪比高，有利于淺層速度建模與模型優(yōu)化，通過對傾角道集進行鏡像加權得到的鏡像傾角道集不但反射能量強，而且消除了散射和繞射能量。大楊樹盆地3D 地震資料經(jīng)全方位局部角度域疊前深度偏移處理后,地震數(shù)據(jù)頻帶拓寬了13Hz，能夠滿足構造精細解釋和勘探生產(chǎn)的地質需求。

（3）在相同速度模型下，在陡傾角成像方面，全方位局部角度域偏移方法的成像精度比Kirchhoff偏移更有優(yōu)勢，可以有效地得到反射波的構造成像。