0 引言

山前带地震资料处理中，地表起伏剧烈、表层结构复杂，导致地震资料成像面对诸多挑战。为满足时间域CMP道集速度分析的需要，需对炮、检点基准面静校正量作一个较大半径的平滑，形成浮动基准面，CMP道集内的所有炮、检点通过静校正的方式时移到CMP参考面上。较大静校正量的引入改变了地震波的走时与射线路径，造成偏移波场畸变^[1-4]。随着成像技术的发展，起伏地表深度偏移逐渐替代浮动面时间偏移，成像效果得到明显改善。该技术应用的关键是静校正量低频剥离拟真地表建模及偏移方法的改进，涉及叠前数据低频剥离反静校正处理、小平滑面起始偏移^[5-8]、回转波层析反演表层联合建模等，它既能结合时间域静校正方法之优势，又符合深度偏移数据要求，可显著改善山前带起伏地表复杂构造深度域成像效果。基于GeoEast处理系统PKirDMig2D3D模块既可进行水平地表叠前深度偏移，也可进行起伏地表叠前深度偏移成像处理。

1 传统起伏地表静校正处理方法

起伏地表地震资料处理的关键是偏移面的选择和偏移前静校正量的处理，常规时间域处理遵循CMP一致性原则^[9-11](图 1)，这样做的好处是在单个CMP道集内，炮、检点均在一个时间平面(CMP参考面)上(图中绿色标识的线)，此时可按照双曲线规律进行速度分析和动校正，叠加后形成一道置于共中心点对应的浮动基准面位置，其零刻线称为浮动基准面(红色标识)，这对于水平叠加是可行的。但深度偏移考虑的是实际射线路径，这种做法是不可取的^[12-14]。

地震资料处理系统计算CMP基准面静校正量过程为：

(1) 在每一个炮点处计算一个静校正量，该静校正量是距离该炮点限定空间范围内所有炮点最终基准面静校正量的平均值；

(2) 在每一个检波点处计算一个静校正量，该静校正量是距离该检波点限定空间范围内所有检波点最终基准面静校正量的平均值；

(3) 对于每一个CMP，寻找一个最近炮点和一个最近检波点；

(4) 对最近炮点处平均静校正量与最近检波点处平均静校正量求和，得到初始CMP静校正量；

(5) 对初始CMP静校正量进行空间平滑，得到CMP基准面静校正量。

高程静校正或层析静校正需进行高、低频分离，分离前炮、检点遵循地表一致性原则，分离后遵循CMP一致性原则。对于每一个地震道，炮点应用的高频静校正量为炮点最终基准面校正量减去CMP基准面静校正量的一半，检波点亦如此。炮、检点应用的高频静校正量随CMP位置变化而改变，静态时移改变了地震波的走时。

对起伏地表进行深度偏移时，炮、检点需放置在地表小平滑面上，该面作为偏移起始面，速度模型的填充亦由此面开始，偏移算法需计算地震波从炮点至检波点的真实走时。时间域浮动基准面静校正后的数据不能作为深度偏移的数据，需做反静校正量处理。

2 GeoEast起伏地表建模及成像 2.1 起伏地表小平滑面创建

起伏地表偏移选择地表小平滑面而不选择真地表作为偏移面，主要基于以下几个方面的原因：①层析静校正反演的速度场网格不能无限小，在同一个网格内炮、检点高程视为一点，网格内速度视为常数，这两种近似假设条件使静校正量的计算具有平均效应，导致高波数静校正量无法准确获取；②深度偏移网格层析计算地震波走时时，为了减少计算量，地表网格和地下网格都是百米级的，同一地表网格内的所有物理点空间位置可视为一点，同一地下网格填充速度可视为常数；③受地震采集空间采样的影响，射线追踪的密度不足以获得高频扰动的速度场更新，同时为了计算的稳定性，网格层析内部求解应用了平滑算法。

综上所述，目前偏移算法只能是一个低频近似平滑求解的过程，如果采用炮、检点真实地表高程偏移反而会引入高频抖动量。为了尽可能接近真实射线路径而不引入高频抖动量，一般选择地表小平滑面作偏移起始面。

2.2 叠前数据反静校正量处理

叠前数据反静校正量处理是将静校正处理好的数据反校至小平滑浮动地表的过程，实质上就是尽可能消除低频静校正量、保留高频静校正量的过程。低频静校正的问题将通过后续的近地表速度模型层析反演解决。利用图 2说明层析静校正的过程。层析静校正量的求取采用“先剥后填”的思路。假设地表A处有一个炮点，该炮点相对最终基准面的层析静校正量为

$ \Delta A=\frac{l_{\mathrm{BC}}}{V_{\mathrm{c}}}-\frac{l_{\mathrm{AB}}}{V_{\text {low }}} $

(1)

式中：V_c为替换速度(一般选为高速层顶界面的速度); V_low为低降速带AB段层析反演获得的平均速度; l_AB为A、B之间的距离；l_BC为B、C之间的距离。静校正量若为正表示地震道向下移动。

考虑叠前应用初至波剩余静校正量，反射波剩余静校正量，炮点实际最终基准面静校正量为

$ \Delta A_{\mathrm{f}}=\frac{l_{\mathrm{BC}}}{V_{\mathrm{c}}}-\frac{l_{\mathrm{AB}}}{V_{\text {low }}}+R_{\mathrm{s}} $

(2)

式中R_s为炮点所应用的剩余静校正量。

从最终基准面上C点到小平滑面上D点旅行时差为

$ \Delta B=\frac{l_{\mathrm{CD}}}{V_{\mathrm{c}}} $

(3)

令ΔC=ΔA_f-ΔB，得

$ \begin{aligned} \Delta C & =\frac{l_{\mathrm{BC}}}{V_{\mathrm{c}}}-\frac{l_{\mathrm{AB}}}{V_{\mathrm{low}}}-\frac{l_{\mathrm{CD}}}{V_{\mathrm{c}}}+R_{\mathrm{s}} \\ & =\frac{l_{\mathrm{BD}}}{V_{\mathrm{c}}}-\frac{l_{\mathrm{AB}}}{V_{\text {low }}}+R_{\mathrm{s}} \\ & =\frac{l_{\mathrm{BD}}}{V_{\mathrm{c}}}-\frac{l_{\mathrm{BD}}-l_{\mathrm{AD}}}{V_{\text {low }}}+R_{\mathrm{s}} \\ & =\left(\frac{l_{\mathrm{BD}}}{V_{\mathrm{c}}}-\frac{l_{\mathrm{BD}}}{V_{\mathrm{low}}}\right)+\left(\frac{l_{\mathrm{AD}}}{V_{\text {low }}}+R_{\mathrm{s}}\right) \end{aligned} $

(4)

l_BD在空间上是平滑的，l_AD为真实地表与小平滑面间的距离，在空间上不平滑，$ \frac{l_{\mathrm{BD}}}{V_{\mathrm{c}}}-\frac{l_{\mathrm{BD}}}{V_{\mathrm{low}}}$可视为低频静校正量，$\frac{l_{\mathrm{AD}}}{V_{\text {low }}}+R_{\mathrm{s}} $可视为高频静校正量。从式(4)可以看出，高频静校正量包括两部分：模型差异静校正量和剩余静校正量。真实地表与小平滑面两个模型高程差造成的时间差异校正称作模型差异静校正。剩余静校正量包括初至波剩余静校正量、反射波静校正量等。高频静校正量引起的走时误差不能通过深度偏移速度迭代更新解决，反静校正量处理时应保留在数据当中。高、低频静校正量剥离实现过程(图 3)具体如下：

(1) 利用炮、检点高程小平滑面作为平滑偏移面；

(2) 提取偏移前数据炮、检点的总静校正量，利用此校正量离散值构建面，得到校正量面STATIC_ALL_SR，如A′所示；

(3) 用高程静校正或层析静校正处理过程中所采用的替换速度(一般选取的是高速层顶界面速度)和步骤(1)中得到的平滑偏移面埋深求出一个静校正量，利用此校正量离散值构建面，得到校正量面STATIC_ELEV，如B′所示；

(4) 对步骤(2)、步骤(3)得到的结果计算差值，即STATIC_ALL_SR-STATIC_ELEV，得到STATIC_DIFF，如C′所示；

(5) 对静校正量STATIC_DIFF进行空间平滑(平滑半径与第(1)步相同)，实现高、低频分离，得到低频分量D′和高频分量E′，令F=A′-E′，对偏移前准备数据做反低频分量F处理，保留高频静校正量E′，此时炮、检点即可校正到地表小平滑面上。

2.3 速度模型的创建

浅层和中深层分别采用不同技术相结合创建速度模型。拾取单炮初至，利用回转波层析反演近地表深度—速度模型。由于采用非线性层析算法，与常规层析方法相比，反演的模型更接近真实地质情况，更加适应当前深度偏移流程。中深层采用反射波网格层析成像^[15-17]创建速度模型。层析反演随着迭代次数的增加，网格逐渐变小，以达到求解的稳定性。

利用射线照明分析确定回转波层析网格大小，速度融合界面一般选择回转波层析模型高速层顶界面。浅、中深层融合考虑过渡带。层析反演中通过嵌入精细浅表层速度信息、测井资料约束、地层倾角约束、层位约束^[18-21]等，能有效减少网格层析叠前深度偏移迭代次数，提高深度偏移速度建模的精度和效率。

2.4 偏移方法匹配

对于复杂构造成像而言，叠前深度偏移正逐步取代叠前时间偏移方法^[22-24]，应用较多的是射线类基尔霍夫叠前深度偏移。近几年随着计算能力的提升，高斯束偏移和逆时偏移(Reverse Time Migration，RTM)逐渐得到应用。对于起伏地表基尔霍夫深度偏移，网格层析的面元大小要与地形起伏剧烈程度、表层结构复杂程度相匹配，否则会出现表层变化而成像不变的情况。网格层析速度模型更新时，前几轮迭代一般保持浅层回转波模型不变，待中深层速度模型求取比较准确时再加入浅层速度信息进行全速度模型网格层析。由于假设单走时路径和采用高频近似，在复杂构造和速度强烈变化情况下成像效果不佳。

高斯束偏移法在计算效率和成像效果方面做了折中，采用动力学射线追踪解决了射线偏移焦散问题。岳玉波等^[25]提出了保幅延拓法高斯束偏移方法，该方法考虑了地形起伏、倾角及道距等信息，推导了波场反向延拓公式，在起伏地表直接进行局部平面波分解，提高了起伏地表高斯束成像效果。RTM双程波动方程偏移以地表实际地震记录作为输入，利用逆时波场外推的方式重建地下波场，然后与震源波场互相关而求取成像值。逆时偏移在炮域内进行，采用原始坐标，因为其既适用浮动地表处理，也适用极复杂构造速度模型，从理论上讲成像更为精确。王延光等^[26]、刘定进等^[27]研究了起伏地表下的逆时偏移资料处理流程，进行了模型试算和实际资料处理，均取得了良好的效果。随着建模技术的发展和运算能力的提升，RTM将会在起伏地表山前带资料处理中发挥更大的作用。

3 应用效果分析

通过SJZ工区和CXN工区实际资料处理情况对基于GeoEast系统的起伏地表建模及成像进行效果分析。

3.1 SJZ工区应用情况

SJZ工区山前带构造复杂，地表高差达到1800m，但表层岩性变化不大，在这种情况下地形起伏成为影响偏移成像的主要因素。常规浮动地表的处理采用浮动基准面作为偏移面，直接用浮动基准面静校正后的数据，偏移剖面明显存在无法成像和偏移画弧的问题。而低频剥离浮动地表建模采用地表小平滑面作为偏移面，数据经反低频静校正至浮动地表，实现了数据和速度模型的最佳匹配。通过GeoEast处理系统的PKirDMigOffset模块(共炮检距积分法叠前深度偏移)完成最终的偏移，实现了山前复杂构造准确成像。

图 4为SJZ工区山前带不同偏移方法对比剖面，可以看出采用本文方法处理的剖面同相轴连续性好、信噪比高，剖面右半部分高大山体和地下高陡构造成像效果得到明显改善。由此可见，山前带深度偏移数据准备工作必须贯彻“炮、检点静校正一致性，低频剥离”的原则，实现拟真地表偏移成像。

3.2 CXN应用情况

图 5是CXN工区山前带二维测线的例子，地表起伏比较剧烈，高差达800m，表层结构复杂。偏移前对地震数据进行了低频剥离，利用回转波层析反演近地表模型，反演过程中进行了迭代次数的测试，图 5a、图 5b分别为迭代了3次和6次的结果。图 5a模型中回转波层析仅反演了速度场的宏观趋势，速度场相对光滑；随着迭代次数的增加，逐渐反演出速度场的细节，小尺度速度变化更突出(图 5b)。图 5c、图 5d是直接将近地表速度模型融入全速度模型中并进行基尔霍夫深度偏移的结果，其中图 5c是图 5a速度模型偏移的结果，图 5d是图 5b速度模型偏移的结果。在同相轴的连续性和信噪比方面，图 5d均优于图 5c，这说明近地表速度模型反演的精度对深度偏移有较大的影响。

从上面两个例子可以看出，只要地形起伏大，无论表层速度变化是否剧烈，都要坚持拟真地表偏移思路，通过反静校正的方式把炮、检点时移到地表小平滑面上，在此基础上通过初至波层析的方式获得高精度、高分辨率近地表速度模型。只有两者相结合才能有效恢复起伏地表复杂表层射线的真实路径，为后续全速度反演和深度域成像打下良好的基础。

4 结束语

山地、丘陵等地表地质条件复杂，地形起伏大，表层速度纵、横向变化剧烈，导致地震资料准确成像困难。时间域浮动基准面静校正通过时移的方式简化浅层的影响，有利于提高水平叠加效果，但它遵循CMP静校正量地表一致性原则，破坏了炮、检点静校正量地表一致性假设条件，改变了地震波的走时，对深度偏移不合适。基于GeoEast处理系统拟真地表偏移、低频剥离反静校正处理、回转波层析浅层高精度建模及速度融合技术的应用，有效恢复了射线真实路径，同时保留了时间域高频静校正处理的优势。通过GeoEast处理系统对实际资料的处理表明，本文方法在实际生产中应用效果较好，发挥了应有的作用。