全方位角深度域成像在松辽盆地低信噪比资料处理中的应用

朱玉宝

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）

1 概述

随着地震资料处理技术的不断发展，叠后时间偏移已经不能满足目前地震勘探的需要。随着地震偏移成像技术在不断进步，叠前时间偏移、叠前深度偏移在地震勘探复杂构造成像中，得到了工业化应用，并见到了明显的效果。然而，每一种偏移方法都有其适应性和局限性。这就要求针对不同品质的地震资料和地下地质构造的复杂性，优选最佳偏移成像方法[1-3]。

叠前时间偏移方法适应速度横向变化不剧烈、地下地质构造相对复杂的地震资料偏移归位，如果速度存在横向变化，时间偏移的结果是畸变的，不能正确归位。叠前深度偏移方法能适应速度横向变化剧烈，地下地质构造复杂的地震资料偏移可以正确归位。

目前，在石油勘探行业得到工业化应用的偏移算法是克希霍夫叠前时间偏移和克希霍夫叠前深度偏移。能够改善地震资料成像效果，提高成像精度。但对于陡倾角和深层断裂复杂等地区的低信噪比地震资料成像，常规的克希霍夫叠前时间偏移和叠前深度偏移方法也受到应用条件的限制（如多路径走时问题），不能有效改善地震资料的成像品质[5-9]。

全方位深度域成像，克服了常规克希霍夫叠前时间偏移和叠前深度偏移的缺点，把野外采集获得的信息全部有效地利用，通过能量分离和构造倾角分离，镜像和散射能量加强，提高了成像精度，能够较好地解决复杂构造低信噪比资料的成像问题。

2 全方位角深度域成像基本原理

全方位角深度域成像采用基于点散射、单程射线追踪算子，对地下每一个子网格体做射线追踪，在射线扇面构建射线对，重构反射、散射波场，分离镜像、散射能量。对于每一个成像点，都存储了关于该深度位置的详细描述，包括所扫描的倾向、方位以及所有共反射射线的开角和方位。全波场角度域偏移实现了高分辨率散射地震成像及解释，这种处理方法能够从所记录的地震数据中恢复并区分镜像能量和不同类型的散射能量，可以将所采集地震资料中的高分辨率信息恢复出来。

全方位地下角度域成像系统涉及两个波场，即入射波场和散射波场。每个波场可分解为局部平面波(或射线)，代表波传播的方向，入射和散射射线的方向用各自的极角描述，每个极角包含地层倾角和方位角这两个分量。每个射线对将采集中地表记录的地震数据映射到地下四维局部角度域空间。射线对法线的倾角v1和方位角v2，射线对反射介面的开角γ1和介面的方位角γ2，这四个标量角度意味着入射与反射射线的方向与地下局部角度域的四个角度相关联。

地面地震数据到地下角度域映射可以表示为[4]：

式中：U——地面地震数据；

S——地面炮点的坐标，S={Sx，Sy}；

R——地面检波点的坐标，R={Rx，Ry}；

t——地震波旅行时；

I——地下角度域数据；

M——地下成像点；

v1、v2——射线对法线的倾角和方位角；

γ1、γ2——射线对反射介面的开角和介面的方位角。

从地面地震数据向地下映射，将会生成角度域数据。

在方向角度地震道集中，地下成像点的反射或绕射率Iv是射线对法向的倾角v1和方位角v2的函数为：

式中：Iv——地下反射或绕射点M的反射率；

Kv——反射积分的核函数；

H——地下成像点M在地面的垂直投影点到地面炮检距中点之间的距离。

在反射角度道集中，地下成像点的反射率是开角γ1和介面方位角γ2的函数：

式中：Iγ——地下成像点M的反射率；

Kγ——反射积分的核函数；

H——地下成像点M在地面的垂直投影点到地面炮检距中点之间的距离。

在方向角度道集的基础上，可以按照下面公式计算镜向能量道集：

式中：F——地下成像点M处的镜像能量道集；

Ev(M，v1，v2)——全方位角能量道集；

N(M，v1，v2)——射线对的数目。

依据镜向能量道集，可以明显区分散射能量与反射能量，再进行加权叠加成像，当赋予镜面能量比较高的加权值时可以有效突出复杂构造成像，当赋予散射能量较高的加权值时可以突出绕射体的成像。

与常规克希霍夫叠前深度偏移方法相比，全方位角深度域成像考虑了方位倾角信息，对镜像反射和散射反射能量分离，进而提高信噪比和成像精度。它是在地下角度域进行，每个角度都包含全部输入数据，地下照明实现真振幅恢复，计算全方位多路径走时，在角度域积分求和。由于采用了镜像能量分离技术，因此对于低信噪比地震资料成像，能够达到较好的效果。

常规克希霍夫前深度偏移是在地面偏移距域进行的，输入数据进行偏移距分组，对每个偏移距都是相互独立，而且相似的偏移距射线路径不同，没解决多路径问题，只对地下绕射点进行求和，不能解决多路径走时问题，对于低信噪比地震资料，成像效果受到了一定的限制。

3 应用实例

松辽盆地北部深层地震资料，由于受到断陷期火山作用，凹陷内部断裂发育、大断裂较多、地层倾角大，构造复杂且横纵向变化剧烈。二维地震资料采集年度平均在10年以上，深部老地层资料信噪比低，有效信号弱，成像难度大。地震资料选择松辽盆地北部某二维地震工区，2008年度采集，覆盖次数160次，接收道距20m，炮距40m，最大炮检距6400m，原始记录采样1ms，记录道长7000ms。该二维测线数据经过了静校正、振幅补偿、叠前去噪、反褶积等前期常规处理，形成了最终共中心道集（CMP道集）。在相同输入数据条件下，采用相同的速度模型、偏移孔径和反假频参数，分别使用克希霍夫叠前时间偏移、克希霍夫叠前深度偏移和全方位角深度域成像这三种方法进行处理。

图1 老成果剖面

图1是以往处理的老成果剖面，图2是新处理的叠前时间偏移成果剖面，可以看出，新处理的结果和老剖面相比，成像效果改善不大，老深部老地层不能很好成像，断点、断面模糊，地层反射特征不清晰。从而进一步说明，这样的二维资料使用叠前时间偏移方法是不适应的，不能较好解决复杂构造低信噪比资料的成像问题。

图3是克希霍夫叠前深度偏移处理效果，可以看出新处理的叠前深度偏移成果剖面较老成果有了很大改善，大断面特征清楚，分辨率提高，地层信息丰富，虽然有了很大改善，但还是不能满足需求，主要原因就是其方法的近似性和局限性，多路径走时和频散问题等带来的影响，也不能较好解决复杂构造低信噪比资料的成像问题。

图2 克希霍夫叠前时间偏移剖面

图3 克希霍夫叠前深度偏移剖面

图4是全方位角深度域成像剖面，可以看出通过全方位角深度域成像处理，剖面比老成果有了很大的改善，资料信噪比明显提高，断点、断面清晰，波组特征清楚，由此可见，全方位角深度域成像适应石炭—二叠系地层地震资料处理，成像效果最佳。这进一步说明，全方位角深度域成像在松辽盆地石炭—二叠系地层低信噪比地震资料处理中，充分发挥出其偏移方法的优越性和适应性。

4 结论

（1）常规叠前时间偏移和叠前深度偏移，在一定程度上能够解决复杂构造成像问题，而且偏移速度模型速度建模要求地震数据具有一定的信噪比。但是由于方法的局限性，不能解决多路径旅行时问题，对复杂构造低信噪比地震资料在成像方法具有一定的局限性，不能达到较好成像效果。

（2）全方位角深度域成像，每个角度都包含全部输入数据，旅行时是全方位扫描的多路径，角度域积分求和，由于采用了镜像能量分离技术，对于低信噪比地震资料能够达到较好的成像效果。

（3）全方位角深度域成像技术在松辽盆地石炭—二叠系地层低信噪比地震资料处理中进行了实际应用，并取得了很好的处理效果，可推广到常规叠前深度偏移难以解决的低信噪比地震资料处理。

图4 全方位深度域成像剖面