塔里木盆地沙漠区深层地震剖面拼接和深层成像技术

孙智超，袁燎，苗苗青，程明华，白忠凯，成剑冰，韩淼，高永进，郭文生

1.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100083；2.中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司研究院库尔勒分院，新疆库尔勒 841000

0 引言

塔里木盆地位于我国西北部，面积约40多万平方千米，是我国陆上最大的含油气盆地[1, 2]。塔里木盆地4500 m以深地层石油资源量为111.16亿吨，天然气资源量为12.83万亿立方米，探明率分别为20.08%、12.28%，是未来勘探的重点领域之一[3-5]。

一直以来，由于缺乏新资料拼接的盆地级大剖面，制约了盆地深层整体研究和评价。为摸清塔里木盆地深层资源潜力，中国地质调查局油气资源调查中心联合东方地球物理公司，以塔里木盆地寒武系、震旦系为重点目的层，开展盆地级地震剖面拼接攻关处理。针对盆地沙漠区深层二维地震资料信噪比低、静校正复杂等问题，通过研究试验，形成了一套以拟三维连片层析、“六分法”去噪、一致性拼接处理、深层信号增强为特色的处理手段[6, 7]，完成了塔里木盆地骨干线的成像处理，为后续开展塔里木盆地整体地质结构研究，尤其是深层资源潜力评价提供了扎实的地球物理资料。

1 拼接处理技术

通过分析原始地震资料发现，塔里木盆地沙漠区地表起伏大，采集的二维地震资料侧面波、面波和折射波等线性干扰十分发育，导致深层资料信噪比极低；同时因为地震资料采集时间跨度大，受偏移、基准面、子波及噪声等干扰影响，未经拼接处理的二维地震剖面会产生不同程度的闭合差。因此，为保证深层成像质量，需要先解决好静校正、一致性和信噪分离等问题。

静校正是一切后续处理的基础，目前最精确的方法是初至波层析法，其精度相比折射静校正要高，同时采用野外表层调查资料进行约束后效果更好；其次要消除表层因素的影响，解决一致性问题(包括振幅、频率、子波、拼接点交点速度等四个一致性)；同时采用针对性保真去噪手段，合理压制噪声，提高深层信噪比，也是要做的重要工作之一[8]。

1.1 微测井约束层析静校正

微测井约束层析反演是一种非线性立体模型反演技术，通过利用微测井得到的表层速度及初至波射线的走时和路径，反演全区表层立体介质速度结构，三维或二维连片都可以用这种方法来计算。该算法不受地表及近地表结构纵横向变化的约束，根据正演初至时间与实际初至时间的误差，修正不同方位射线速度模型，经反复迭代，最终达到要求的误差精度，如图1，当反演直达波(绿线)与正演初至波(红线)重合时，表示层析反演达到收敛。

图1 正演速度迭代示意图Fig.1 Schematic diagram of forward velocity iteration

微测井约束层析静校正需要做好几项重要工作，首先需要精细的小偏移距初至拾取以保证有足够多的射线穿过网格面元，这样初至波层析就能够详细反应每一观测点上的速度信息[9]；其次要与野外表层调查资料相结合，如采用微测井、小折射等对低降速带厚度、速度进行约束，这样可以得到更精确的初始模型，保证迭代准确收敛；最后应当注意在层析算法优化过程中，替换速度的选取及网格面元划分都很重要，尤其是网格大小，大网格保证闭合，小网格保证成像精度，网格的选择要兼顾两者。如图2，可以明显看出微测井约束层析静校正后的叠加剖面，无论是在成像，还是在闭合效果方面明显要优于野外静校正，为深层成像奠定基础。

图2 应用不同静校正的叠加剖面及闭合效果对比Fig.2 Comparison of stack section and closure effect with different static corrections

1.2 一致性处理技术

一致性处理技术包括振幅、频率、子波和速度分析一致性等技术。塔里木盆地的深层大都以白云岩、石灰岩、泥岩沉积为主，地层岩性和厚度横向变化较大，地层吸收机制复杂，地震子波高频衰减快，地震信号频带范围窄[10]，同时由于在采集过程中，激发、传播、接收因素的不一致，致使地震记录的各道间振幅、频率、子波存在较大的一致性差异，对动静校正、同相叠加等多个处理环节影响较大。

为了解决这一问题，首先通过应用地表一致性反褶积统一计算分解可以消除部分频率差异，然后再采用全局匹配滤波、子波匹配技术等实现地震子波的一致性，同时为保证叠加剖面闭合，还要注意交点和拼接点处速度的一致性。如图3为子波匹配前后水平叠加剖面的效果对比，子波匹配后叠加剖面在相位、频率方面一致，连续性也明显变好。

图3 子波匹配前后的水平叠加剖面效果对比Fig.3 Comparison of horizontal stack section effect before and after wavelet matching

1.3 “六分法”去噪

目前塔里木盆地大多数为复杂区，原始资料深层有效信号淹没在散射、面波、折射等线性干扰中，不同地表产生的线性干扰波在速度、强度和空间分布等方面存在横向和纵向差异，其中面波对资料品质影响最大，具有频率低、能量强、分布广的特点；异常振幅干扰比如电网干扰、人畜活动、车辆行驶、工程施工等也普遍存在，这些异常干扰在振幅、频率与有效波存在一定差异。鉴于以上资料深层特点，叠前压制噪声是获得高信噪比深层地震资料的基础。

通过近几年对塔里木盆地不同地区地震资料的处理工作，以“六分法”去噪技术在塔里木盆地资料处理方面较为可行，它主要是针对塔里木盆地噪音机理提出的一种去噪思路，共分六步：一是“分类去噪”，主要对噪声面波、折射、异常振幅、工业电、多次波等进行分类，再采用不同手段去除；二是“分时去噪”，针对浅、中、深层分目标压制不同噪声；三是“分频去噪”，在不同频率端压制不同噪声；四是“分域去噪”，在不同域调查噪声分布情况，在不同域予以去除，如共炮点、检波点、τ-p、CMP、OFFSET；五是“分步去噪”，在噪声衰减的顺序上，先低频后高频、先规则后非规则、先普遍后特殊的叠前衰减原则[11]；六是“分区去噪”，按噪声强度及分布划分区段予以去除。总体上要注意保护低频，保护深层反射信号。

图4为“六分法”压制噪声前后的叠加剖面效果，剖面的信噪比提高。

图4 六分法去噪前后的叠加剖面Fig.4 Stack sections before and after “six-division” pre-stack noise suppression

2 深层成像技术

2.1 深层多次波压制

消除多次波首先要识别多次波，多次波一般产生在强反射界面上[12]。多次波在CMP道集上很容易识别，用一次波速度动校正后的CMP道集上，多次波欠校正，出现下弯现象；在速度谱上表现为低速能量团，随着炮检距增大，下弯现象愈厉害；剖面上识别多次波，主要是根据多次波具有与上覆强层相似的形态特征，并在时间上表现出周期性特征。因此识别多次波需要结合道集、速度谱和叠加剖面进行综合分析和判断。

在准确地识别多次波之后，根据多次波自身特点，选择最优的压制方法。在塔里木盆地对待远炮检距，经常采用高精度拉东变换或聚束滤波来去除，它主要利用一次波与多次波之间存在的动校正时差，并在拉东变换时应用时变加权项，增加一次波与多次波的模型分离度，提高速度差异的分辨能力，在τ-p域数据中精确分离出多次波，然后反拉东变换到t-x域，达到压制多次波的目的。

如图5、6为去除多次波前后的道集速度谱、剖面的对比效果。可以看到，去除多次波后，去伪存真，深部真实反射层位得到了凸显，避免了对地质认识的误导。

图5 高精度拉东变换去除多次波前后的速度谱和道集Fig.5 Velocity spectra and gathers before and after high-precision Radon transform removing multiples

图6 高精度拉东变换去除多次波前后的剖面Fig.6 Sections before and after high-precision Radon transform removing multiples

2.2 深层信号增强技术

深层资料处理中，如何分理出深层有效信号并予以突出，是信号增强的关键。利用有效信号的相干性、不同域空间展布或引入束照射增加覆盖次数可以更好地增强有效信号。

2.2.1 共反射面元叠加成像

共反射面元(CRS)叠加技术的理论基础是几何地震学，考虑了反射层的局部特征和第一菲涅尔带内的全部反射，从而更有效地利用了多次覆盖反射数据的全部信息。针对深部目的层信噪比偏低、成像质量不高等特点，可以很好地改善成像质量。它的主要特点是用解析式表述了非均匀介质弯曲界面的运动学反射响应，CRS旅行时公式如下：

(1)

其中，v0是近地表速度，α是ZO射线在地表的出射角，RNIP是法向入射点对应于点源产生的波前曲率半径，RN是对应于爆炸反射面法向波前曲率半径。它是通过地震三参数(α，RNIP，RN)的优化实现地震成像[13]。CRS方法假定地下以其位置、倾角、曲率描述的局部反射面(段)，相应的反射时间曲面与双曲面相似，并且地震波反射来自反射界面上的某一区域，而不是一点，这一区域由菲涅尔带来定义。CRS叠加的最大优点是充分利用了多次覆盖反射数据的信息，大大压制了随机噪声，如图7通过共反射面元叠加技术，深层信噪比得到了显著提高。

图7 共反射面元叠加前后的剖面对比Fig.7 Section comparison before and after common reflection surface stacking

2.2.2τ-p信号增强技术

τ-p变换是实现射线参数测量的一种经典方法，又称倾斜叠加[14]，是在共炮点道集或CMP道集上沿着不同斜率Δt/Δx的直线轨迹将数据叠加，从而把数据从t-x域转换到τ-p域。τ称作截距时间，等于零炮检距上的反射波旅行时，从物理角度可解释为垂直波慢度，从几何角度可看做在时间轴的截距。p称作射线参数，从物理角度可解释为水平波慢度，从几何角度可看做反射波同相轴上各点的斜率。正变换公式为

(2)

反变换公式为

(3)

其中，φ(x,t)表示通常t-x域的地震记录，ψ(p,τ)表示在τ-p域中的地震记录。

正变换公式的实现过程实际上是倾斜叠加的过程，反变换公式指的是将斜线上的数字相加，转变回原来的t-x位置。τ-p变换可以使t-x域直达波、折射波、声波、面波等相干干扰波及反射波特征发生变化，呈现出不同的形态和分布区域。如线性干扰聚集在一个远离中心点的点状区域内、反射波在中心点区呈椭圆等。这样通过相关信号增强来提高椭圆区域信噪比，然后转变回原来的t-x，这种方法比过去普遍采用的相干加强等信号增强方法好，它既能增强有效信号、提高信噪比，又不降低分辨率，在一定程度上保持了地震反射的相对能量关系及波组特征。如图8，经过τ-p滤波后，叠加剖面信噪比连续性都得到了较大改善。

图8 τ-p滤波前后的叠加剖面Fig.8 Stack sections before and after τ-p filtering

2.3 深层低频拓展技术

目前，低频拓展技术已经是很多石油公司的海洋处理项目的标准流程。一般来说，地震勘探中的地震波频率范围一般为0～80 Hz，由于大地的吸收及高速地层的影响，地震波在传播过程中的高、低频率成分衰减程度存在较大差异，通常地震波的高频成分衰减严重，低频信息保留相对完整[15]。研究表明，地震低频信息比高频信息具有更强穿透力，利用地震低频信息能够提高深层速度的精度和成像质量。

目前处理过程中，低频处理主要思路集中在两个方面，首先是保护低频信息，主要是在处理过程中注意频率的监控，防止在去噪、反褶积等处理过程中低频受到损失；其次是拓展宽低频信息，该方法主要是采用子波整形方式来实现，如图9根据期望输出求取一个低频整形算子，然后将算子与子波求褶积来提高地震信号的低频部分。如图10，通过低频拓展后，叠加剖面深层连续性变得更好，成像也获得了很大改善。

图9 低频拓展流程Fig.9 Low frequency expansion process

3 实际资料的处理效果

通过以上针对深层成像的处理，较好地解决了静校正、噪声干扰及深层成像等问题。图11是塔里木盆地台盆区某区域大剖面，从整体上看，新处理的剖面明显优于用老剖面。处理效果主要表现在以下方面：①新剖面从浅到深反射同相轴丰富，内幕清晰，层次感强，反射波组强弱分明，强反射界面间的地层沉积特征清楚；②寒武系基底成像清楚，反射能量强，内部反射丰富、连续稳定，易于追踪对比。

图11 拼接处理前后剖面对比图Fig.11 Comparison of sections before and after splicing

4 结语

地震资料由于受地质构造、地震波传播特性及噪声等因素的影响，使得深层资料的有效反射信号能量及信噪比往往很低。从以上资料的处理方法研究来看，我们认为要想得到较高品质的深层资料，必须着重解决好以下几个环节：

(1)初至波层析反演是目前解决静校正问题的首选方法，通过微测井约束能很好地提高静校正精度；

(2)做好一致性处理工作，最大限度地改善拼接大剖面深层有效信号的品质；

(3)做好叠前针对性的去噪，注意保护深层有效反射信号的低频能量；

(4)深层多次波去除、信号增强、低频拓展等处理技术的使用，很好地改善了拼接大剖面的深层成像质量。