松辽盆地北部大庆探区深层的古龙断陷是重要的天然气勘探准备区^{[1, 2]}.相比于徐家围子断陷和双城断陷，古龙断陷的地震地质条件较差，所有的满覆盖约5000km² 三维资料都是以中浅层为目标采集的.地震资料的先天不足在很大程度上制约了对古龙断陷的深入认识.首先针对中浅层采集地震资料在深层反射能量弱、信噪比低，采集排列的最大偏移距较小，造成深层地震资料成像困难，不能有效识别基底结构和地层分布特征；针对深层勘探目标的二维地震资料受二维资料固有缺陷的制约，难以准确描述深层断裂位置和储层特征.上述因素不利于对古龙断陷的构造和火山岩储层情况的整体认识.

以深层为目标的地震资料成像，国内外诸多地球物理学者都对其进行了研究^[3~7].所得出的结论基本是重点进行提高地震资料信噪比的研究，也就是说保护低频有效信号是深层资料成像的一个重要研究课题.另外针对深层复杂构造的研究，主要应用叠前时间和叠前深度偏移等成像方法，重点进行速度分析的研究，以提高地震成像的精度.

地震资料处理中，叠后时间偏移方法的基本假设是地下为水平层状均匀介质，速度函数是简单的时间函数.当地层倾斜时，成像精度受到很大限制，叠前时间偏移处理克服了叠后时间偏移的不足，能适应纵横向速度变化的情况，是复杂地区地震资料成像的较为理想的方法^{[3, 8~12]}.但是在深层陡倾角地层的成像中，由于速度变化较为剧烈，需要应用基于高精度速度建模的叠前深度偏移方法，以提高地震资料的成像精度.目前，叠前深度偏移技术在深层盐下成像、复杂构造和低信噪比地区的地震资料成像中得到有效应用^[5~7].需要指出的是，针对横向速度变化剧烈研究区，一些学者研究了非对称走时的叠前时间偏移算法^[13~15]，并结合GPU 并行计算的优势，在地震资料叠前时间偏移的成像精度和计算效率上都有较大的提高.

大庆油田深层断陷期地层是天然气勘探的重要领域，天然气储层主要为火山岩.断陷结构的复杂性增加了深层探井部署的难度，在地震资料成像中，应用了叠前深度偏移技术，大庆油田的勘探实践证明，该技术可提高深度复杂构造地区的成像精度，进而大大降低勘探风险^[16].

古龙断陷现有的三维叠后地震资料，在前期的成像处理过程中，尚未形成针对深层成像的技术措施，所以古龙断陷的深层资料成像效果不能满足有利储层特征描述的需要.为进一步明确古龙断陷的勘探方向和有利勘探区带，就要进行三维地震资料的成像方法研究，以得到成像精度较高的地震数据体，利于进行构造解释和断陷结构的识别.

古龙断陷区的地表条件复杂，地震地质条件较差，噪音类型复杂多样，地震资料信噪比很低.针对古龙断陷的三维地震资料特点，本文进行了地震资料信噪比增强技术的研究，包括十字交叉排列面波压制方法、减去法多次波压制方法和超面元叠加方法的研究.在叠前深度偏移中，速度模型建立是成像效果保证，本文进行了二维速度模型约束下三维速度分析技术和井资料约束下的速度模型优化技术的研究和应用.在完成前述的资料预处理后，进行叠前深度偏移的计算.古龙断陷成像效果分析显示本文研究并应用的成像技术对深层断陷期地层成像具有重要的研究意义.

对深层地震资料成像处理而言，叠前预处理中的干扰波压制是最基础而重要的工作^{[17, 18]}.结合古龙断陷的噪音类型和发育特点，为有效提高深层地震资料的信噪比，本文重点进行了面波压制、规则的多次波压制、叠前随机噪音压制和超面元技术的研究，这些技术的有效应用，使得深层有效反射信号得到加强，为后续的地震资料速度分析和偏移成像提供良好的预处理数据体.

地震资料处理中，根据干扰波的特性，采取有效的压制方法，最大限度地压制干扰，而使有效波不损伤或损伤极小，是叠前去噪的关键.由于地震信号的衰减和频散效应，深层的有效信号的频率很低，而低频信号在复杂构造成像中具有重要意义^{[19, 20]}，本文在压制低频面波时，所应用的滤波法是将有效波和面波有效地分离，进而实现面波压制的十字交叉排列法.

十字交叉排列法是在三维空间进行叠前面波压制的方法.将观测系统进行变换，也就是说进行炮点线和检波点线的重排列，对一般的正交的观测系统，可形成十字排列的数据体.该方法的理论基础是时间空间域的三维Fourier变换，设地震记录为s(x，y，t)，则其Fourier变换可表示为

(1)

式中，k_x和k_y分别为x和y方向的视波数，ω 为频率.

将三维地震数据按公式(1)进行三维的Fourier变换，即将时间空间域的数据体变为频率域的锥形，如图 1所示，再根据面波的特点来设计滤波函数即可进行低频面波的压制.

图 1

Fig. 1

图 1 三维Fourier变换及滤波区域示意图 Fig. 1 Sketch of 3D Fourier transform and filter zone

为更好地保护低频有效信号，本次研究应用了十字交叉面波压制技术，图 2 为十字交叉排列压制面波前后单炮对比图，由图可知，炮记录中的面波干扰基本被消除，从图 2c所减去的噪音中可以明显看到，有效波的低频信号得到很好的保持.分析可知，十字交叉排列面波压制技术，既可以有效地压制强能量低频面波干扰，又可以保护低频有效信号，是适于深层地震成像的重要的地震资料预处理技术之一.

图 2

Fig. 2

图 2 十字交叉排列面波压制效果分析 (a)原始炮记录；(b)面波压制后炮记录；(c)衰减掉的噪音. Fig. 2 The surface wave suppression based on cross-spread technique (a) Initial shot record； (b) Shot record after surface wave suppressed；(c) The surface wave section subtracted from initial record.

多次波在地震资料中普遍存在，压制多次波的方法可分为两类:基于波动方程法和滤波法.就目前大多数多次波的压制方法而言，可将计算过程分为两部分:多次波预测(识别)和多次波减去^{[21, 22]}.一般来说，基于波动方程的多次波压制方法，大都依据多次波的物理传播规律进行多次波预测^{[23, 24]}，而对于滤波法而言，一般要根据多次波的几何运动学特点进行多次波的识别.将多次波进行预测或识别后，从原始地震资料中将多次波减去，就实现了多次波压制运算.对陆地采集的地震资料而言，层间多次波发育，一般采取滤波法进行多次波压制^[25~27].

根据古龙断陷地震资料偏移距相对较小和研究区多次波的特点，研究并应用了减去法多次波压制技术.该技术根据有效波和多次波的叠加速度特点进行多次波识别，由于该部分计算相对简单，重点进行多次波的减去运算，所以称为减去法.该技术的实现过程是:对研究区的地震资料进行多次波速度分析，应用多次波的叠加速度对CMP道集进行动校正处理，动校正后，多次波同相轴被拉平，而有效波同相轴表现为校正过量的特征.对动校正后的CMP道集进行叠加，叠加结果为增强了多次波能量的模型道，记为m(t).在此模型道中，有效反射波被压制，将模型道与CMP 道集中的每道分别做相关和相减的运算，即完成了层间多次波压制的算法.

在多次波压制算法中，考虑模型道的多次波波形与原动校正后CMP道集各道的多次波波形有较大的差别.为更好地进行多次波压制，要对模型道作局部振幅适应性修改，即求出模型道m(t)与各道S_i(t)的相关系数.在计算相关系数时要通过上下移动若干个样点来进行振幅调节，选择最大的一个相关系数.设移动量为l，则相关系数可表示为

(2)

移动量l限值范围为[-d，d].在取值范围内，计算出每一个l值的相关系数b_i(t₀，l)，选择其中最大的一个相关系数:

(3)

然后利用此系数对原道进行多次波压制处理.压制多次波后的输出:

(4)

利用多次波速度进行反动校正后，就得到压制多次波后的CMP道集.

图 3为古龙断陷的二维地震资料，应用减去法技术压制多次波前后的叠加剖面及速度谱，对比图 3a中3.0s与5.0s间的地震剖面可知，多次波在叠加剖面上呈排状，多次波压制后，深层陡倾角的地层得到清晰的成像.通过剖面和速度谱对比分析，可明显看出减去法多次波压制技术有效压制了多次反射的能量，深层有效反射得到加强，波组特征明显.

图 3

Fig. 3

图 3 古龙断陷地震资料多次波压制前后叠加剖面和速度谱 (a)多次波压制前(上)后(下)的叠加剖面；(b)多次波压制前(上)后(下)的速度谱. Fig. 3 The seismic section and velocity spectrum before and after multiple suppressions in Gulong fault depression (a) Stack section before (up) and after (down) multiple suppression； (b) Velocity spectrum before (up) and after (down) multiple suppression.

超面元成像处理技术是增强地震反射信号，特别是深层地震信号的有效方法^[28].地震反射波的能量并不是一个反射点的反射能量，而是由整个菲涅耳带内所有反射能量组成的.因此应用菲涅耳原理，在菲涅耳带内优化最佳成像共反射面元，提高深层覆盖次数，然后利用射线旁轴近似理论，把不同共反射点的道集校正到同一个道集内进行叠加成像，即可增强深层反射信号能量和信噪比^[29].该方法将不同CMP道集的资料校正到反射面元中心点的CMP道集上，使道集内的反射波同相叠加，实现了不同CMP道集的叠加，该方法对提高深层能量较弱的地震资料的信噪比和同相轴的连续性非常有效.

图 4显示了常规偏移和扩大面元前后的叠前时间偏移道集，由图可知，经过扩大面元后的叠前时间偏移道集的信噪比高、同相轴的连续性好，道集的质量有了很大的提高.

图 4

Fig. 4

图 4 常规与超面元技术应用前后偏移CRP道集 (a)常规偏移道集；(b)超面元偏移道集. Fig. 4 CRP gather acquired from traditional imaging method and supper surface stack technique (a) CRP gather acquired by traditional imaging technology； (b) CRP gather acquired by supper surface stack technique imaging technology.

地震资料的速度分析是后续偏移成像的关键^{[30, 31]}.古龙断陷的三维地震资料偏移距较小(一般为2700m)，深层速度能量团很难聚焦，难以获得准确的偏移速度场，古龙断陷研究工区针对深层采集的二维地震资料炮检距较大(6500m)，深层能量较强，速度谱能量团聚焦效果好，本文在进行三维地震资料速度分析中，引入二维速度函数的约束，提出并应用了二维速度模型约束下的三维速度场建立技术，为后续深层资料成像研究创造了有利条件.

的三维地震资料的速度谱对比分析可知，对工区深层反射同相轴而言，三维地震资料速度分析精度比二维资料低.借鉴图 5c所示的速度模型，建立了精度相对较高的三维地震资料的初始速度场(图 5d).该技术为提高古龙断陷区深层地震资料的成像精度奠定了基础.

在古龙断陷深层叠前偏移成像中，应用了Kirchhoff积分叠前深度偏移方法.Kirchhoff积分法叠前时间偏移利用边界积分法近似求解波动方程实现地震数据的成像^[32].基于Green函数理论和波动方程积分解，三维叠前Kirchhoff积分深度偏移的积分形式可写为

(5)

式中，r、r_s 和r_g 分别表示成像点、震源点和接收点；t(r，r_s)和t(r，r_g)分别表示成像点到震源点和到接收点的走时；A(r，r_s)和A(r，r_g)分别表示成像点到震源点和到接收点的振幅；z为深度，P表示声压场，R(r)为反射系数.

图 5

Fig. 5

图 5 二维速度模型约束下的三维速度场建立 (a)二维地震资料的速度谱；(b)三维地震资料的速度谱；(c)二维地震资料的速度场；(d)三维地震资料的速度场. Fig. 5 Three dimensional velocity field constrained by 2D velocity model (a) Velocity spectrum of 2D seismic data；(b) Velocity spectrum of 3D seismic data； (c) Velocity section of 2D seismic data； (d) Velocity section of 3D seismic data constrained by the 2D velocity section.

Kirchhoff叠前深度偏移与Kirchhoff叠前时间偏移原理上来说基本相同，其主要区别在于走时计算的方法不同，叠前深度偏移利用深度域层速度模型，采用精确的射线追踪算法来计算走时，能够很好地处理速度的横向变化影响^{[33, 34]}，所以说叠前深度偏移处理的过程实际就是速度建模的过程.下面分速度模型建立和偏移效果分析两部分对叠前深度偏移技术进行阐述.

在叠前深度偏移时，建立一个相对稳定的初始速度模型，对叠前深度偏移来说至关重要^{[35, 36]}.在古龙断陷深层成像研究中，在二维地震资料约束所建立的三维均方根速度场的基础上，利用时间域解释的构造模型求取每一层的初始层速度，结合利用测井速度计算的各层速度梯度，就可建立深度域初始层速度模型.

速度模型的优化就是对建立的初始层速度模型进行优化处理，使其符合实际地层速度分布规律，从偏移结果来看就是使偏移后的CRP道集拉平，速度模型的优化也是叠前深度偏移取得良好应用效果的关键.一般来说，速度模型优化是根据偏移后CRP道集校平的程度人工沿层拾取剩余延迟时，然后采用层析成像技术修正现有速度模型.判断速度模型的标准如下:剩余延迟均得到了很好的收敛；偏移后的道集基本校平；优化的速度模型与测井速度的变化趋势基本一致.图 6 为基于以上准则给出的最终的偏移速度体.

图 6

Fig. 6

图 6 用于叠前深度偏移的优化的速度体 Fig. 6 The optimum velocity body usedin prestack depth migration algorithm

基于前述速度模型，进行叠前深度偏移成像的计算.本文对古龙断陷的有利钻探目标区进行了叠前深度偏移成像的试验和分析.图 7 给出的是常家围子-高台子工区的最终叠前时间和深度偏移剖面，由图可知:叠前深度偏移(图 7b)与叠前时间偏移(图 7a)相比，在整个大的隆起构造部位由于速度相对横向变化较大，深度偏移效果有所改善，其余部位两种成像方法的成像效果基本相同，同相轴的双程走时大于2.5s的深层基底反射深度偏移好于时间偏移.

图 7

Fig. 7

图 7 常家围子-高台子工区叠前深度偏移成像效果 (a)叠前时间偏移剖面；(b)叠前深度偏移剖面. Fig. 7 PSDM and PSTM imaging results in Changjiaweizi-Gaotaizi block (a) Seismic section via PSTM algorithm； (b) Seismic section via PSDM algorithm.

图 8为古龙断陷的主体部位古龙1井区的二维地震资料成像效果对比图，从叠前时间和深度偏移的成果可看出，叠前深度偏移成像剖面的总体分辨率和信噪比关系较为协调.深层反射同相轴较为连续，地震信号的能量得到了有效恢复和增强.叠前深度偏移处理后的剖面，营城组顶面T4 以下的断陷期目的层同相轴的连续性和趋势性得到有效提高.深层地震反射的地质结构较为清晰，有助于判别地层接触关系，同时对基底反射特征的识别和深层资料的构造解释具有重要意义.

图 8

Fig. 8

图 8 古龙1井区二维地震资料叠前深度偏移成像效果 Fig. 8 PSDM and PSTM imaging results in Gulong well 1 area

图 9a为古龙1井区以往的成像结果及对断陷结构的认识，其结果显示古龙断陷中部的断陷期地层厚度不大，勘探前景不大.对该区的地震资料应用本文方法进行重新成像处理后，其结果如图 9b 所示，可以看出成像效果有很大改善，新构造解释方案显示该区的断陷期地层厚度大，是下步深层天然气勘探的重点准备区.

图 9

Fig. 9

图 9 古龙1井断陷区构造解释方案对比 (a)传统成像结果及解释方案；(b)本文成像结果及断陷区构造解释方案. Fig. 9 Comparison of seismic interpretation strategy in Gulong well 1 area (a) Traditional section and seismic interpretation strategy； (b) Imaging section based on the proposed method in this paper and the according interpretation strategy.

上述古龙断陷的不同研究目标区的叠前时间偏移和深度偏移的成像效果对比分析表明:叠前深度偏移方法的断层和构造成像，相对于叠前时间偏移而言，断面清楚、深层地层成像较好、波组特征明显，便于地震解释和层位追踪.同时火山岩反射特征更加清楚，深部地层成像有很大改善.另外本文给出的成像技术为古龙地区断陷结构的识别提供了重要技术支持.

古龙断陷以中浅层为勘探目标的三维地震资料的深层反射能量弱、信噪比低，最大偏移距较小，本文对古龙断陷研究目标区的地震资料进行了成像研究.研究并应用了一系列压制随机噪音和规则干扰的预处理技术.其中十字交叉排列面波压制技术可在保护低频有效信号的同时，压制频散的面波干扰，使得深层地震资料的有效信号得到一定程度的增强；减去法多次波压制技术可有效压制火山岩区发育的层间多次波，消除深层地震资料的构造假象；超面元叠加技术可增加深层地震资料的覆盖次数，有效提高地震资料信噪比，进而提高地震资料的成像精度.二维速度模型约束下的三维速度场建立技术为地震资料的叠加、叠前时间偏移和叠前深度偏移的速度模型建立提供了精度较高的初始速度场.成像研究表明，在古龙断陷速度变化较为剧烈的目标区，叠前深度偏移的成像精度要高于叠前时间偏移.本文探索了以深层地震资料信噪比增强、高精度速度模型建立和叠前深度偏移为基础古龙断陷深层火山岩成像技术，该技术在很大程度改善了古龙地区深层反射的成像质量，为古龙断陷结构的研究奠定了基础.