0 概况

近年来，中国西部前陆盆地油气勘探取得了重大发现，是油气勘探的主要领域之一^[1]。中国中、西部山地山前带探区特点是地表地形条件和地下地质条件复杂(简称“双复杂”)。窟窿山构造带位于酒西坳陷南部、祁连山北缘逆掩推覆带西段^[2]，处于典型的“双复杂”区。其地表起伏剧烈，岩性复杂多样，戈壁、山前带以及老地层出露的山体等造成近地表结构复杂、纵横向速度变化大(图 1)，使地震波的传播路径变得异常复杂^[3]，静校正问题极为严重。受多期逆冲推覆作用，窟窿山构造在纵向上主要分为断层上盘老地层推覆体、中部倒转翼和断层下盘原地系统3套体系，地下地质结构复杂(图 2)。由于断层上、下盘之间速度反转，断裂发育，速度差异大，造成地震波场十分复杂^[4-5]，反射信号信噪比低，难以搞清地质结构，致使速度建模和偏移成像难度较大。

针对“双复杂”区的成像问题，赵波等^[6]建立了具有典型“双复杂”特征的构造模型(BGP模型)，为验证中国中、西部山地复杂区的成像处理提供了正演模型。在成像方法方面，Berryhill^[7]提出了波动方程基准面校正方法。Wiggins^[8]、Gray等^[9]实现了从起伏地表直接进行叠前深度偏移的Kirchhoff积分波场延拓。秦宁等^[10]通过非水平地表高斯束叠前深度偏移，分析了基于真地表未做高频静校正处理的叠前数据体，认为高波数道间时差对深度偏移具有负面影响。王华忠等^[11]提出了基于地表大平滑面的叠前深度偏移方法，在速度建模中解决表层静校正问题，然而当地表起伏剧烈时，这种大平滑面到地表的校正对深度偏移的构造形态影响较大。

“双复杂”地区地震资料信噪比低、近地表问题严重、速度模型精度低是导致成像困难的主要原因。随着对勘探目标处理要求的提高和技术的进步，表层建模与静校正^[12-14]、叠前去噪与数据规则化^[15-16]、速度建模与偏移成像^{[10, 17]}等各种特色处理技术均得到长足发展，并在多个探区取得了较好的应用效果。

针对“双复杂”地区的地质、地球物理特征，本文研究了表层与深层一体化建模和真地表叠前深度偏移方法。提出以真地表小平滑面为成像处理基准面，通过分区双变静校正提高表层高波数静校正精度，既消除了近地表高频扰动对深度偏移的不利影响，又提高了叠前数据的信噪比。采用近地表折射与深层反射融合速度建模技术，获得包含近地表信息的精确深度域速度模型，提高了整体速度模型精度，最终实现“双复杂”区深度域高精度成像。

1 真地表成像面建立

“双复杂”地区叠前深度偏移假设存在复杂地表层的影响，本文在叠前深度偏移成像中统一解决地表高程起伏、浅表层速度变化问题，建立合理的成像基准面。传统浮动面静校正计算方法以地表平缓为假设条件不适用于剧烈起伏的复杂地表成像处理。图 3为成像基准面与真实地表高程之间的关系。由图可见：以往叠前时间偏移的浮动基准面是较平缓、光滑的地表大平滑面，此面以得到高质量时间域成果为目标；当地表大平滑面与真实地表高程差异较大时，深度域速度建模和偏移归位受到负面影响，出现假构造形态。为了提高深度域建模精度和使偏移准确归位，采用真地表处理成像面。由于近地表小平滑面非常接近地表面，本区采用1/5排列长度为半径平滑炮点、检波点和投影到共中心点域的地表高程，最终建立全区统一的近真地表成像基准面。根据地表起伏程度相应调整平滑半径，可获得不同地区的接近实际地表的成像基准面。

2 面向深度域静校正计算

由于窟窿山构造带地表地质条件复杂，低降速层速度、厚度变化十分剧烈，从戈壁区到山体老地层出露区表层速度相差约2000m/s，因此传统静校正方法不能彻底解决该区静校正问题。本文采用真地表小平滑面的“双变”静校正方法提高表层高波数静校正精度，更好地解决复杂山地近地表不一致性问题。针对不同的地表条件，利用地表露头、小折射、微测井等资料对表层反演模型进行约束，建立符合该区地表结构的近地表速度模型。根据表层模型的特征，优选适合不同区域的替换速度和高速层顶界面，最终获取全区精确的高频静校正量，彻底解决表层静校正问题。

首先通过扫描对比、分析不同替换速度的层析静校正叠加成像效果，发现在老地层出露区、山体区、戈壁平坦区的替换速度分别为4500m/s(图 4a)、4000m/s(图 4b)、3500m/s(图 4c)时叠加剖面成像效果最好，最终确定了与实际表层结构和岩性分布规律一致的空变替换速度分布(图 4d)。然后根据表层地质结构变化和叠加剖面效果，通过综合分析确定不同区域空变高速层顶界(图 5)，采用分区双变静校正技术得到全区最佳的静校正量，为深度建模和偏移成像提供了高信噪比的叠前数据。

在地震成像处理中，基础静校正量可以分解为中、低频和高频部分。中、低频静校正量反映地形趋势和表层速度与厚度的变化，其影响地下构造形态。高频静校正量反映地形与表层剧烈变化时引起的相邻道间的差异，其影响速度分析和水平叠加质量。分别将炮点、检波点基准面静校正量按小半径进行平滑，得到平滑后的中、低频静校正量(图 6a)，则面向深度域的高波数静校正量为基础静校正量与中、低频静校正量的差值(图 6b)。因此，本文的静校正方法与传统固定基准面的静校正方法有本质差异。

目前叠前深度偏移技术还不能消除近地表高频扰动对深度偏移的不利影响，因此在时间域预处理中必须消除道间时差引起的高频静校正量，高信噪比的叠前数据有利于深度域速度建模和叠前偏移成像。由高频静校正前、后单炮记录(图 7)可见，高频静校正后单炮记录很好地消除了折射波的“抖动”、不连续，同时保持了中、低频的趋势(图 7b)。由高频静校正前、后叠加剖面可见，高频静校正后叠加剖面信噪比明显提高(图 8b)，很好地解决了该区的高频静校正问题。

3 深度域整体速度模型建立

叠前深度偏移是目前“双复杂”区深层构造准确成像的最有效手段，而高精度成像的核心是建立准确的速度模型，因此需要深入研究深度域(含近地表信息)整体速度建模方法。

本文采用表层初至反演和中深层反射反演一体化建模方法，求得完整的精确速度模型。具体建模过程如下。

(1) 浅层速度建模。传统的浅层速度建模方法有两种：①采用工区统一的替换速度；②反演反射波数据求取。由于浅层反射波数据覆盖次数小、信噪比低，尤其在“双复杂”区无法得到准确的浅层速度，容易造成累积误差，影响中深层构造准确成像。本文基于初至波层析反演建立近地表层速度模型，利用小折射、微测井、大炮初至、地质露头等多种信息，开展表层约束地表建模，综合建立精细的表层速度模型。用于静校正计算的近地表速度模型不能直接填充叠前深度浅层模型，必须消除高频抖动引起的偏移异常，通过小平滑后建立深度域浅层速度模型。

(2) 中深层反射速度建模。深层构造复杂、资料信噪比低，拾取的剩余延迟深度存在一定的误差，因此以人工拾取的层控层析成像和层速度扫描分析为主，综合井控、网格层析迭代优化建立相对准确的中深层速度模型。

(3) 浅层与中深层融合速度建模。在中深层速度模型上充填浅层速度，建立融合后的全深度整体速度模型。然后通过层控层析成像方法对整体速度模型进一步迭代、优化，结合地质人员提供的构造解释模式，以剩余延迟量归零、偏移后反射同相轴平直、绕射归位准确、剖面效果达到最佳等为判定准则，从而准确刻画浅层到中深层的速度，最终建立符合地质规律、井震吻合的深度—速度模型。

针对“双复杂”条件的构造成像特点，通过浅层与深层联合整体建模方法，使浅层速度精度和射线走时精度更高，能够适应速度剧烈变化的浅层结构，偏移聚焦能力更好。通过小平滑真地表建立成像浮动面，真正实现了真地表叠前深度偏移成像，使“双复杂”区中深层构造准确成像。

4 应用效果分析

酒泉盆地窟窿山地区地表结构复杂多样，最大高程4500m，最小高程2000m(图 9a)。采用1/5排列长度的小平滑半径平滑真实地表(图 9a)，获得近似真地表处理成像面(图 9b)，小平滑成像面非常接近真实地表，与实际地形起伏趋势一致，有效解决了常规浮动基准面偏移在地表高差变化大时的不适应问题。

浅层速度建模通过多信息约束逐级迭代，由层析反演获得精细近地表速度模型，平滑后消除速度高频扰动部分，从而提高了浅层速度模型精度(图 10a)。中深层速度建模首先引入地质解释模式和测井资料，建立一个初始沿层速度模型，然后通过叠前深度偏移迭代，应用井约束、层控网格层析等进一步优化速度模型，获得相对准确的中深层速度模型(图 10b)。将浅层和中深层速度融合得到整体速度模型，在此模型基础上采用非线性网格层析成像和成像速度扫描方法对整体速度模型进一步优化，同时结合地质解释方案和工区内测井速度、井斜等先验信息，控制整体速度的结构趋势，使速度趋势同地质规律和测井速度保持一致，从浅到深“校平”成像道集，保证全深度偏移结果聚焦成像，最终得到精确的整体深度—速度模型(图 10c)。

图 11为逆掩推覆带常规浮动面叠前深度偏移和近真地表面叠前深度偏移剖面。由图可见，从浅层到中深层，近真地表面叠前深度偏移剖面的断点、断面位置更清楚，推覆体成像精度更高，上、下盘接触关系合理、可靠(图 11b)。图 12为传统叠前深度偏移和近真地表面叠前深度偏移剖面。由图可见，近真地表面叠前深度偏移剖面(图 12b)较传统叠前深度偏移剖面(图 12a)对深层构造的成像精度更高，剖面信噪比和偏移归位明显改善，深层构造形态明显，地层内幕刻画更清晰。

5 结论

本文形成一套针对“双复杂”地区的高精度建模和真地表叠前深度偏移成像方法，能更好地解决“双复杂”区深层构造成像精度不高的问题，在实际资料中取得了较好的效果，并得到以下认识：

(1) 基于真地表小平滑面的双变静校正方法能更好地解决表层速度纵横向变化大、高速层不一致的问题，提高了表层高频静校正精度，有利于速度模型建立；

(2) 浅层与深层联合速度建模和近真地表叠前深度偏移方法，解决了传统大平滑浮动面高波数时差对成像的不利影响，提高了浅层速度和走时精度，保证了从近地表到中深层的速度都较准确，最终得到高质量的成像结果。