0 引言

四川盆地二叠系大面积发育一套火山岩。2018年底，在盆地西部JY地区钻探的YT1井成功钻遇了厚层火山岩并获得高产工业气流，证实了四川盆地二叠系火山岩具有良好的勘探前景^[1-4]。受火山喷发与沉积环境的影响，该区火山岩储层岩性、岩相变化快，纵向上呈多旋回特征，横向上体现出较强的非均质性^[5-10]。同时，受埋深与岩性影响，火山岩对地震波具有较强的屏蔽效应，下伏地层地震反射同相轴连续性差、能量弱，火山岩边界和内幕的成像质量差，严重制约了火山岩储层识别。

为了精细刻画火山岩储层，识别有利相带，降低勘探风险，2019年在JY地区部署了满覆盖面积为738km²的三维地震勘探项目。本文利用GeoEast地震资料处理系统中提供的特色技术，在实现低频信号保真恢复的基础上，利用深度域Q偏移技术有效提升了火山岩整体成像质量，满足了火山岩储层识别对地震资料宽频保真的需求，为该区综合地质研究奠定了坚实的资料基础。

1 火山岩模型正演

作为一种特殊的岩性体，火山岩对地震波的传播具有较强的屏蔽效应，如果能正确认识火山岩对火山岩层间以及下伏地层地震波传播的影响，搞清楚波场传播规律，对探索这种特殊岩性体的地震资料处理具有指导意义^[11-12]。由过井剖面(图 1)可见，受火山喷发影响，火山岩与围岩呈不整合接触，不同地区火山岩发育期次不同。由测井解释结果(图 2)可知，该区火山岩岩性主要为玄武岩和火山碎屑岩，与围岩之间具有较大波阻抗差异，同时不同岩性火山岩之间速度差异较大，其中火山碎屑岩的速度为4000~5000m/s，玄武岩的速度为5300~5600 m/s。

本文根据YT1井测井响应和过井剖面划分的火山岩岩相模式建立了单火山口模型(图 3)，其中模型横向距离为3000m，纵向深度为1000m，具体参数如图 3所示。采用交错网格黏弹性波动方程进行正演，网格大小为10m×10m，采样间隔为1ms，记录长度为2500ms，炮、检点均分布在模型表面，炮点距为25m，检波点距为10m。成像过程主要分三步进行：①将震源置于模型表面，生成震源波场记录；②模拟记录沿时间轴逆向传播，生成检波点波场；③采用零延迟互相关条件成像

$ I(\boldsymbol{x})=\int_0^T S(\boldsymbol{x}, t) R(\boldsymbol{x}, t) \mathrm{d} t $

(1)

式中：S(x，t)为震源延拓波场，其中x为空间坐标，t为时间；R(x，t)为逆时延拓的检波点波场；T为地震记录长度。

分别选择主频为15和40Hz的Ricker子波进行激发，其正演数据的逆时偏移结果如图 4所示，可以看出：①火山岩对地震波传播具有较强的屏蔽效应，主频较高的地震波能量衰减严重，造成火山岩底界反射信号能量弱，同相轴出现不连续现象，火山通道的成像更是难以得到体现(图 4a)，但是低频信号对于火山岩地层具有良好的穿透能力，火山岩底界与火山通道的成像更清晰(图 4b)；②相较于低频震源，高频震源的内幕反射分辨率更高，为内幕期次的划分提供了充分的依据(图 4a)。

结合这两点认识，本文火山岩地震资料处理的核心在于保留原始低频有效信息的同时有效拓展地震资料高频端，使火山岩发育区的边界和内幕达到精细刻画的地质需求。

2 低频保护处理技术

结合实际资料分析，在JY地区的保低频处理主要面临以下两个难点：①由于采集过程采用低频检波器，有效信号在面波发育频段仍大量存在，信噪分离难度较大；②储层段低频信号的绝对振幅较弱，如何凸显低频端有效信号是处理中的重点。针对这两个难点，主要采用了保低频去噪技术和低频补偿技术。

2.1 保低频去噪技术

低频有效信号在频率上与面波、线性干扰重叠，常规去噪手段很可能对其造成损伤^[13]。为了做到保护低频有效信号的信噪分离，本文对GeoEast系统搭载的去噪模块进行大量试验，建立以保护低频有效信号为核心的去噪流程(图 5)。相对于常规去噪流程，该套流程的主要区别在于对面波干扰的压制以及低频有效信号的回加，改进后的去噪流程避免了去噪过度现象，低频有效信号得到了较好的保护。

去噪过程主要有两步，首先是使用组合流程去除噪声。与常规流程不同的是，本文的面波衰减流程组合使用GeoEast搭载的KL变换和高能噪声衰减模块代替了以前单独使用自适应面波衰减模块。其原理是采用KL变换、奇异值分解的方法建立面波模型，再从原始数据中减去面波，然后利用能量统计的办法，在面波三角带内设计合适的去噪时窗和能量门槛值对残余的面波以及近炮点强能量干扰进行衰减。组合流程可以实现渐进式衰减面波的目的，相较于自适应面波衰减模块，其优点在于构建噪声模型后采用减去法，避免了单纯根据有效信号与面波的能量差异去噪的过度化，从单炮数据去噪后的噪声中未能发现明显的有效信号(图 6)。

第二步是低频有效信号的回加，由于JY地区地震资料采集过程中使用GRDS-5HB低频检波器，对5Hz以下低频响应能力是单只常规检波器的16倍以上，尽管去噪过程中采用“六分法”去噪技术精细设计去噪参数，但在局部地区单炮数据噪声质控中仍能见到较明显的低频有效信号。为了保证去噪的充分性和准确性，本文针对噪声进行二次信噪分离，利用第一轮去噪后的单炮数据与静校正后单炮数据相减获取噪声进行动校正，在动校正后单炮数据中分析有效信号的倾角范围，通过倾角滤波模块提取噪声中的有效信号，再反动校后回加到第一轮去噪后的记录(图 7)。

从0~10Hz分频的水平叠加剖面(图 8)可以清楚的看到，通过保低频去噪技术的组合使用，有效信号能量得到了较明显的提升。

2.2 低频补偿

虽然通过保低频去噪技术提高了地震资料低频成分的信噪比，但是受采集因素和地层埋深的影响，低频有效信号能量会有不同程度的衰减，这不利于火山岩地层的岩下成像，需要对低频能量进行适当的补偿。本文利用频谱分析结果设计相应参数，采用GeoEast基于数据驱动的自适应补偿技术进行低频补偿。对比低频补偿前、后的叠前时间偏移剖面(图 9)可见，储层段火山岩(黄色椭圆内)底边界成像质量明显提升(红色箭头所示)，为火山岩底的刻画提供了数据基础；由低频补偿前、后的叠前时间偏移剖面频谱(图 10)可知，补偿后数据低频端从8Hz拓展到5Hz，中、高频信号没有任何改变，确保了资料在中、高频端的真实性。

3 叠前深度域Q偏移

针对JY地区强非均质性火山岩面临的内幕成像困难，常规叠前深度偏移无法满足需求，本文利用GeoEast-Diva深度域建模软件，结合VSP和测井信息，开展黏弹性Q偏移技术攻关，其处理流程如图 11所示。通过叠前深度域Q偏移后，火山岩体成像精度和分辨率得到明显提升。

3.1 深度域速度模型建立

为提高深度域速度模型精度，本文采用多信息约束的建模思路，首先结合时间域地质构造成果与速度场建立初始速度模型，其次为消除浅层速度不准造成的下部地层成像精度降低问题，在原始速度模型的基础上嵌入层析反演的近地表模型，最后在中、深层利用VSP资料和测井资料的层位和速度信息作为约束，使得纵向上的速度趋势与井资料更吻合。

在速度模型更新过程中，采用速度扫描法、垂向分析法、沿层速度谱法与网格层析法等方式，以深度偏移后道集拉平程度作为判断依据调整速度模型。图 12为采用不同层控约束条件下层析反演的火山岩段速度模型对比，可以发现，通过多信息约束的速度更新，火山岩段速度模型更加精细，强非均质性特征在速度模型上得以体现。

3.2 Q值模型的建立

地震波在地下传播时发生衰减并频散。通常地层埋藏越深，反射信号的高频成分衰减越严重。Q值正是衡量介质对地震波吸收衰减程度的量，其建模过程包含初始Q场的建立^[14]以及层析反演两部分，具体过程如下。

(1) 利用VSP数据和谱比法计算地层的Q值，拟合Q值与VSP速度的关系，结合地震速度场以及层位，利用拟合的关系建立初始Q场(图 13a)。

(2) 利用偏移后共成像点道集进行峰值频率扫描，计算等效Q场

$ Q_{\mathrm{eff}}=\frac{\pi t f_{\mathrm{p}} f_{\mathrm{p} 0}^2}{f_{\mathrm{p} 0}^2-f_{\mathrm{p}}^2} $

(2)

式中：f_p为t时刻的信号峰值频率；f_p0为0时刻的信号峰值频率。

(3) 将等效Q场作为观察值，使用初始Q场在射线路径中的累积作为模拟值，建立层析方程

$ \frac{t}{Q_{\text {eff }}^{\text {obs }}(t)}-\frac{t}{Q_{\text {eff }}^{\text {mod }}(t)}=\sum\limits_{i, j, k}\left(t_{i j k} \cdot \delta Q_{i j k}^{-1}\right) $

(3)

式中：Q_eff^obs(t)、Q_eff^mod(t)为t时刻等效Q的观察值和模拟值；i，j，k为反演网格索引；t_ijk为在该网格内的走时；δQ_ijk^-1为该网格Q^-1的修正量。采用最小二乘共轭梯度法求解式(3)，通过次迭代，建立了如图 13b所示的Q值模型，在趋势上与初始Q值模型(图 13a)一致，但细节更丰富。

3.3 Kirchhoff叠前深度域Q偏移

Kirchhoff叠前深度域Q偏移是一种射线追踪理论的偏移方法，结合之前Q层析得到的高精度Q场，在地震波的传播过程中根据传播路径和传播时间进行衰减补偿，从而达到补偿振幅、恢复频率和校正相位的目的^[15-17]。

与常规叠前深度偏移结果(图 14a)相比，Kirchhoff叠前深度域Q偏移剖面(图 14b)火山岩段内幕成像质量得到有效提升，同相轴杂乱反射特征更明显(黄色椭圆虚线框内)，火山通道的断裂特征更清晰(红色箭头所示)。从频谱对比(图 15)可以发现，Q偏移后地震资料高频段得到有效提升，同时低频段能量得到充分的保护。

4 应用效果

火山岩发育地区地震反射特征是精细识别火山岩范围的关键所在，结合井震标定与正演模拟结果，可以建立火山岩区域岩相识别模板，对该区后续储层预测与地质认识有着非常重要的意义，但是在以往成果资料上(图 16a)火山岩段反射特征不明显，火山岩边界与爆发相有利区无法清晰刻画。

图 16是本文处理流程综合应用前、后连井剖面对比。从剖面成像质量看，新处理地震成果剖面在信噪比和分辨率上具有非常明显的优势，火山岩边界更清晰，内幕反射信息更丰富，火山通道成像质量提升较大(红色箭头所示)。从解释成果看，根据火山岩发育区杂乱反射结构与常规地层平行反射结构的差异，可以实现火山岩发育范围的界定以及岩相精细刻画，在新处理资料上可以较好地分辨有利爆发相发育区域(紫色区域内)，为该区综合地质研究打下了坚实的资料基础。

5 结论

针对JY地区火山岩资料处理面临的宽频保真成像问题，基于GeoEast地震数据处理系统，利用保低频去噪和低频补偿技术提升火山岩边界成像质量，利用深度域叠前Q偏移技术解决了火山岩内幕与火山通道刻画不清晰的问题，能满足JY地区火山岩有利储层精细刻画的地质需求。主要结论如下：

(1) 当火山岩发育且其速度与围岩差异较大时，地震波的传播受屏蔽效应影响，低频信号穿透能力更强，对边界成像更有利，高频信号对内幕成像更有利；

(2) 保低频去噪与低频补偿技术的组合使用，在保证地震资料低频端信噪比的同时提升低频有效信号的绝对能量，增强火山岩下反射的能量，提升地震资料对火山岩边界的识别能力；

(3) 采用多信息约束建模的深度域Q偏移技术，可以提高深度域速度模型和Q值模型的精度，满足强非均质火山岩体成像的需求，在保证成像归位准确的前提下提高地震资料分辨率，以满足火山岩内幕精细划分的要求。