中国西部地区因地表复杂（如山体陡峭、沟壑纵横等）和地下构造复杂（如逆冲推覆、断块破碎等），采集的地震资料信噪比极低，地震勘探面临严峻挑战^[1-3]，地震资料品质的改善是这些地区石油勘探取得重大突破的关键，其典型勘探实例就是塔里木盆地库车前陆坳陷^[4-5].以中、新生界沉积为主的库车坳陷生烃条件优越，已发现多个大型油气田，是塔里木盆地探明油气储量最多的地区之一.但是，由于该区地表条件与地下构造复杂，储层埋藏深，钻井周期长，勘探费用较高，导致整体勘探程度还很低，勘探前景十分广阔.库车坳陷多年的勘探实践表明，准确的地震成像是勘探成功的关键，但是，由于高陡构造、复杂断裂带与刺穿盐体交织发育，形成异常复杂的地下地质结构，呈现很强的速度横向变化和陡倾角地层分布，地震资料成像异常困难，是我国典型的石油勘探高难度区，其复杂性在国内外少见.地震成像问题多年来一直是困扰库车坳陷勘探开发的关键问题，董文等^[6]利用一种复杂构造地震勘探复杂性定量评估方法^[7]对该区高陡构造的地震成像复杂性进行了分析，为该区新一轮勘探部署和地震勘探数据采集方案设计提供依据，并为选择与靶区地质复杂性相适应的地震成像处理方法及其效果预测提供技术支撑.

与理论模型地震成像试验不同，实际资料复杂构造地震成像是一个系统工程^[8].一般而言，地震成像的效果主要取决于地震资料的品质、偏移算子的精度和偏移速度模型的可靠性.墨西哥湾地震勘探主要解决由强速度横向变化和陡倾角地层构成的复杂盐丘构造地震成像问题，海上相对较高信噪比地震资料保证了地震偏移所能达到的精度和最终的地震成像效果.库车坳陷地震勘探地表地下的双重复杂性导致极低的地震资料信噪比，是地震成像效果差的主要原因之一.因此，复杂地区勘探叠前资料预处理是实现复杂构造地震成像目标的先决条件，只有解决来自深部地震反射信号存在的问题，才能发挥高精度地震成像算法和速度模型的优势.据此，本文把库车坳陷复杂高陡构造地震成像攻关分解为：（1）地震数据叠前预处理研究，提高资料信噪比，重建深部反射信号；（2）高精度地震偏移速度分析，结合测井资料和层序地层分析建立尽量可靠的偏移速度模型；（3）利用半解析的地震偏移算子实施高精度地震叠前深度偏移，达到最佳的地震成像效果.根据叠前深度成像对资料品质、速度模型和偏移精度的要求，三个阶段的目标是明确的.本文在各阶段尝试采用了一些新的资料处理思路和处理流程，在几个关键环节，研究实施了一些新的方法技术.

鉴于库车坳陷地质目标储层埋藏较深，并与刺穿盐体交织发育，叠前预处理阶段的重点是重建深部低频反射信号，特别是远偏移距上的广角反射信号.根据库车坳陷地震资料的特征，需要做好大尺度地表一致性处理、畸变的近偏移距强振幅面波处理、近地表静校正处理和资料去噪处理.偏移速度模型是复杂构造地震成像的灵魂.相对于时间偏移，叠前深度偏移对速度变化更加敏感，深部构造成像效果取决于浅、中、深层偏移速度可靠性，需要合理详细的偏移速度建模.本文充分利用商业的和自研发技术实施逐次迭代地震偏移速度分析.另外，考虑到库车坳陷刺穿盐体的广泛分布，必须结合测井资料和盐体地质结构知识建立合理的偏移速度模型.SEG/EAEG盐丘模型深度偏移试验表明：高品质地震数据和精确速度模型并非能确保盐下构造的精确成像，还需要高精度的偏移成像算子.本文采用一种半解析的退化Fourier偏移算子^[9-10]进行库车崎岖地表波动方程基准面静校正和地震叠前偏移成像，极大改善高波数波的成像效果.该偏移算子将常规分裂步Fourier偏移算子（SSF）^[11]推广适应强横向速度变化介质和陡倾角地层.根据上述库车坳陷复杂高陡构造地震成像研究思路和技术路线，本文对穿越库车坳陷大北、博孜、却勒、西秋4和西秋10等重点构造共17条二维地震测线进行叠前时间和深度成像处理试验，取得较好的应用效果，为探索适合于我国西部复杂高陡构造地震成像的资料处理技术序列抛砖引玉.

库车前陆盆地是一个典型的叠加复合型坳陷，发育于天山褶皱带和塔里木板块的结合部，为东西向条带状山前坳陷（见图 1），北靠断裂发育的南天山晚古生代陆缘盆地，南邻塔北隆起.如图 2所示，库车近地表地质条件异常复杂，山体陡峭、沟壑纵横，高差悬殊（相对高差达到2000多米），导致近地表强散射噪音环境；老地层强烈变形逆冲推覆出露地表，导致近地表速度纵横向变化剧烈和高陡构造，地震静校正严重畸变；戈壁砾石区发育异常复杂的强振幅面波；出露岩层风化剥蚀严重，表层疏松，高频吸收严重.如此复杂的近地表地震地质条件给地震采集带来极大困难，激发接收条件和地震子波（波形、能量、频率）一致性极差，采集的原始地震炮集资料信号走时畸变、波形破碎、波散化严重，半随机半相干的近地表强散射噪音弥漫整个炮集，几乎看不到同相性较好的有效波组.根据库车地区崎岖地表和复杂的近地表结构，我们设计了如图 3（上）所示的概念模型，激发炮点如图上星号表示，在起伏地表面上接收，目的是模拟复杂近地表对地下两个水平反射层的影响.从图 3（下）模拟的三个共炮点道集来看，半随机半相干的近地表强散射噪音干涉并淹没了地下两个水平层的反射波.实际采集资料调查和复杂近地表地震波传播数值模拟得出结论：复杂的地表结构是导致地震资料低信噪比的主要原因，严重制约深部高陡构造地震成像效果.

图 1

Fig. 1

图 1 库车前陆盆地三维地形图(局部)及二维地震观测网 Fig. 1 3D topographic map for the part of Kuqa depression and 2D seismic survey lines

图 2

Fig. 2

图 2 库车坳陷某二维地震测线高程曲线(上)及4炮(星号表示)采集对应的地震炮集(下) Fig. 2 Topographic profile of a 2D seismic survey (upper panel) in Kuqa depression and four raw shot gathers (lower panel) with the sources marked by star in the upper figure

图 3

Fig. 3

图 3 库车近地表概念模型(上)及3炮(星号表示)模拟对应的地震炮集记录(下) Fig. 3 Conceptual near-surface model with rough topography (upper panel) in Kuqa depression and three synthetic seismograms (lower panel) with receivers along the rugged surface and the sources marked by star in the upper figure

库车拗陷经历了多期构造运动，形成了四带三凹的构造格局.地下地层结构从老到新具有两种不同的特征，下为稳定的震旦系结晶变质岩基底，其上披覆巨厚的中、新生界陆相碎屑岩，坳陷结构特征为强烈变形的山前逆冲带，发育一系列不完整的逆冲推覆构造，成排成带分布，形成了凸起和凹陷相间的展布特征.在逆冲推覆陡倾角构造中刺穿盐体大面积分布，断裂带破碎.图 4为克拉2解释构造模型和过西秋-克拉2构造带的地震偏移剖面，展示了这种陡倾角地层、复杂断裂带与刺穿盐体交织发育的逆冲推覆高陡构造的复杂性，形成强速度横向变化与陡倾角地层分布的地震地质条件，导致严重地震成像问题，即陡倾角地层、盐下构造和大角度断裂带地震成像缺失、模糊、错位等.

图 4

Fig. 4

图 4 克拉2解释构造模型(a)和过西秋-克拉2构造带(b)的地震成像剖面[6] Fig. 4 KL2 geological structure model (left panel) and seismic imaging section (right panel) crossing the Xiqiu-KL2 structure zone[6]

我们拟对如图 5所示穿越库车坳陷大北、博孜、却勒、西秋4和西秋10等重点构造共17条二维地震测线（图中虚线所示）进行叠前时间和深度成像试验.由于山前砾石区及表层结构复杂，激发接收条件差，这些地震测线多为宽线大组合地震观测系统采集，较大幅度地改善了原始地震资料的信噪比.接收排列较长（＞14400m），增加了偏移孔径，有利于大倾角地层和逆掩推覆体及其下盘目的地层成像.

图 5

Fig. 5

图 5 大北、却勒、博孜、西秋4和西秋10等重点构造的位置和二维地震测线(虚线)部署[6] Fig. 5 Location of the Dabei、Bozi、Quele、Xiqiu4、and Xiqiu10 key structures and 2D seismic survey lines (dashed line)[6]

在长期的地震勘探实践中，人们常常根据地震成像的效果，从地层倾角变化和速度横向变化两个方面来定性判断地下地质构造的复杂性（如图 6所示），并据此选择与勘探靶区地质复杂性相适应的地震偏移方法.文献[6]根据地震资料计算了大北构造、博孜构造、却勒构造、西秋10构造和西秋4构造的速度横向变化和地层倾角变化非均质谱，定量描述了高陡构造速度横向变化和地层倾角变化的分布特征.将地质非均质谱与地震偏移算子角谱进行点积运算，得到了这些构造的地震成像效率和复杂系数.该计算方法的主要不足是得到的复杂系数是速度与倾角变化的综合反映，二者复杂性有时会相互抵消.

图 6

Fig. 6

图 6 地震偏移方法选择与速度横向变化和地层倾角变化的相关性示意图 Fig. 6 Configuration of migration method choices qualitatively associated with lateral velocity variations and dipping-angle variations

下面我们以SSF偏移算子为例分别计算这些构造的速度横向变化和地层倾角变化的地震成像复杂系数，并与SEG/EAEG盐丘模型进行比较.其中，地层倾角变化成像复杂系数统一按照地层倾角变化非均质谱上25°~90°范围的谱分量计算.计算结果如图 7所示，可见这些盐相关逆冲推覆构造的速度横向变化地震成像复杂系数与SEG/EAEG盐丘模型比较接近，都位于强横向速度变化范围，需要进行深度偏移才能实现较好的成像.这些构造之间较大的区别是地层倾角变化地震成像复杂系数.该区地层倾角变化非均质谱上普遍包含有相当比例的60°~90°谱分量，主要代表陡倾角盐拱边界、盐下部分陡倾角地层和陡断面分布，是地震成像的畸变分量.从图 7来看，沿却勒至西秋一线构造带明显比大北至博孜构造带复杂，复杂系数沿却勒、西秋10至西秋4构造走向逐渐加大.

图 7

Fig. 7

图 7 基于SSF偏移算子计算的大北、博孜、却勒、西秋10、西秋4构造及SEG/EAEG盐丘模型的地震成像复杂系数 Fig. 7 Complexity coefficients of the SSF-migrator seismic imaging for the Dabei、Bozi、Quele、Xiqiu10、Xiqiu4 and SEG/EAEG salt structures

库车坳陷由于地表地下的双重复杂性，以及存在大角度复杂断裂带和大量的小断块，致使地震资料成像困难.如图 4所示，以往这些地区的地震资料攻关处理结果普遍存在偏移归位不准，地震剖面品质较差，信噪比低，局部层次不清，逆掩推覆体下盘反射很乱，中深部构造成像缺失，地震追踪解释困难等问题.另外，叠前叠后的去噪处理导致平滑作用过重，波形特征不明显，断点不清楚，很多小断层被抹掉了.这种复杂地表和复杂地下共存的局面在我国西部地区普遍存在，对于勘探和开发工作来说无疑是一种巨大的挑战.多年来双重复杂地区地震勘探进展缓慢，有必要重新认识和评估其复杂性，在地震资料叠前预处理、偏移速度分析和叠前偏移三个阶段，围绕前述核心问题，尝试采用新的研究思路、关键方法技术及有效的技术组合应用.

鉴于库车坳陷异常复杂的近地表地震地质条件和中深层刺穿盐体大面积分布，引发很强的近地表散射、高频吸收和盐体屏蔽，致使深部反射信号损失殆尽.因此，叠前资料预处理的重点是重建深部中、低频反射信号，为后续的盐下构造叠前地震偏移提供品质较好的输入数据.

首先，需要解决复杂近地表地震地质条件导致的四个主要问题：

1） 近地表散射和吸收引起的半随机半相干强散射噪音及其伴随的波形破碎和波散化问题；

2） 地形高差悬殊和近地表速度变化剧烈引起的地震静校正严重畸变问题；

3） 在砾石山及戈壁砾石区发育的振幅和走时畸变的近偏移距强振幅面波问题；

4） 激发接收条件剧烈变化引起的地震子波（波形、能量、频率）一致性较差问题.

针对上述问题，经过多年的新技术开发和技术组合反复试验，我们得到了如图 8所示的叠前资料预处理技术及技术组合流程.目标是突出信号在相邻道之间的相关性，恢复噪音化的深层反射信号，以便叠前偏移技术能极大地识别微弱的有效反射信号.下面简述几个关键技术的应用效果.

图 8

Fig. 8

图 8 叠前资料预处理流程(阴影框为自研发技术) Fig. 8 Flowchart of Kuqa data preprocessing before prestack migration (self-developed techniques in the shadowed frames)

库车地区面波及近地表强折射/散射非常发育，由于低速而多集中在近偏移距分布，其频率范围与该区深层有效低频反射波（优势频率范围0~15Hz）部分重叠，采用单纯F-K滤波法压制会损害深层有效反射波.这些规则干扰波能量强、振幅畸变、频散化/波散化严重，基于线性理论的常规压制规则干扰波技术很难有效发挥作用，可能会导致平滑效应过重和信号畸变.为了减小对信号的不利影响，必须对速度滤波因子采用时空变化和振幅自适应的策略.我们采用一种FKSUB技术^[12]（双域短算子窄阻带二维滤波+多项式拟合振幅调整）来压制这些规则干扰波，实现从有效波与干扰波在似速度、频率和振幅分布三个方面的微小差异来压制规则干扰，可极大地减小平滑效应和信号畸变，保护有效信号.

复杂地表条件地区采集的地震记录总是坏炮坏道遍布，成片的异常频率振幅干涉带，问题的复杂性和严重性使常规的处理技术应用效果不理想.我们使用基于宽带传播算子的大尺度地表一致性处理技术来解决此问题，自动消除坏炮坏道和成片的异常频率振幅干涉带；均衡激发接收条件变化引起的炮间记录面貌上的大尺度变化，自动实现能量均衡，使远近道和中深层能量得到合理补偿，资料的能量趋于一致.图 9展示了这种大尺度地表一致性处理效果，在此基础上，综合应用各种商业技术（例如子波一致性整形处理、地表一致性振幅处理、反假频处理等）进行小尺度地表一致性处理，均衡炮间和道间记录的频谱小尺度变化，进一步提高优势频段信噪比，为后续速度分析和地震偏移成像打好基础.

图 9

Fig. 9

图 9 大尺度地表一致性处理前(左)和后(右)单炮记录 Fig. 9 Large-scale surface-consistent processing for shot gathers before (left panel) and after (right panel)

地形强起伏和近地表速度剧烈横向变化是影响静校正效果的重要因素.为了在库车地区取得较好的静校正效果，我们根据产生原因的不同将静校正量分为长波长、中波长和短波长三个分量进行估计和校正.高程静校正主要针对由地形高差悬殊引起的长波长静校量，基于地表一致性假设的常规高程静校正方法由于要求射线以小角度出射地表而产生很大误差，很难满足库车坳陷异常复杂的静校正要求，而波动方程基准面延拓方法不受地表一致性假设限制，保持波场的动力学特征，对改善复杂地区静校正效果明显而得到广泛应用.由于波动方程高程静校正需要分别在炮集和检波点道集上进行波场延拓计算，常规的有限差分法计算非常费时，效率较低.我们利用自主研发的Fourier波动方程基准面校正技术^[13]，计算速度快，无孔径限制，适应强横向速度变化.一般而言，波动方程基准面校正需要提供较为精确的近地表速度模型，这在库车地区几乎很难实现.实际应用中可采用层替换或浮动基准面的波动方程校正方法，产生的误差可累计计入中波长静校量.

中尺度静校正主要针对由长波长静校正误差和近地表剧烈速度变化引起的中波长静校量，据此，迭代反演的近地表速度模型应该是一个等效模型.综合各种中波长静校正商业技术，利用折射波、直达波或反射波走时进行中尺度迭代静校正处理.在地形复杂及近地表岩性变化剧烈的地区，中尺度静校正效果不好的原因主要包括：1）在横向速度剧烈变化地区，获得较为精确的近地表速度模型几乎是不可能；2）中波长静态时移的校正由于射线垂直出射假定而存在较大的误差；3）对于复杂地表地区的低信噪比数据，折射波和直达波的初至杂乱无章，初至拾取相当困难.在复杂地表条件地区，中尺度静校正往往由于信噪比低而失效，需要改善资料的信噪比.

对于上述基准面与中尺度两项静校正后剩余的短波长静校误差，可采用与速度分析交替进行的多次剩余静校正和剩余动校正来消除.总之，静校正处理是一门艺术，技术和处理参数的选择对效果有很大的影响.对于复杂地区，可以采用细致的分频静校正技术^[14]，对不同频率尺度的波场采用不同的静校正技术.

由近地表散射和吸收引起的半随机半相干强散射噪音及其伴随的波形破碎和波散化问题是复杂地区叠前资料预处理面临的最棘手问题.这些半相干噪音弥漫整个炮集，干涉所有有效反射信号，破坏信号在相邻道之间的相关性，淹没了来自深部的反射（见图 3）.几乎所有传统的去噪技术都着眼于噪音，假定噪音满足某些条件，导致这些技术对半随机半相干噪音束手无策.针对此次库车坳陷复杂构造成像问题，我们将着眼于信号来去噪，探索尝试一些新的去噪思路.凡是信号均满足波传播的规律，有效反射信号与面波、多次波、半随机散射噪音等在传播方式、频带和似速度方面都有一定差别，可利用这种差别来恢复淹没于噪音环境中的弱有效信号.科学合理的方法应该是满足传播原理的波动方程滤波这一类方法，通过突出有效信号反过来压制噪音.利用频率域格林函数^[15]可以构造各种波动方程滤波算子，通过对地震数据进行滤波来重构不同频带特征的信号.图 10为初步测试结果，可见信噪干涉带得到部分分解，中深层微弱反射信号从噪音环境中显现出来，并具有一定的同相性，半随机噪音被自动削弱.

图 10

Fig. 10

图 10 原始单炮记录(左)与高程静校正和波动方程滤波后单炮记录(右) Fig. 10 Raw shot gather (left panel) with its version after static correction and wave-equation filtering (right panel)

库车坳陷资料预处理的目的是提高信噪比，重建深部中低频反射信号.因此，在提高分辨率方面，我们主要采用地表一致性反褶积和预测反褶积，达到不破坏信噪比前提下适当提高分辨率.在提高分辨率的同时，采用叠前地表一致性Q滤波可适当调整子波，使浅、中、深层的子波保持基本一致.最后，在速度分析之前需要进行随机噪音压制，我们采用保幅特性较好的四维高低频随机噪音压制技术和分频加强技术，突出优势频段反射分量，提高优势频带信噪比.

叠加速度分析主要是通过在地表一致性剩余静校正与常规叠加速度分析之间2~3次迭代和剩余动校时差校正与DMO速度分析之间2~3次迭代来完成.地表一致性剩余静校正受地表一致性假设限制，只考虑到震源和接收点的地表位置而与地下射线无关，因而不能完全使CDP道集内的反射波同相叠加.由于激发和接受条件的限制、近地表速度不规则性以及地下介质的各向异性，CDP道集中的动态时差往往不完全具有双曲线特征，常规动校正处理后仍可能存在局部误差，需要进行动校剩余时差校正处理，改善资料的叠加质量.通过叠前资料预处理攻关，输出叠前预处理数据和初始偏移速度模型，可通过地震数据叠加来检验预处理效果. 图 11和图 12分别为本次资料预处理攻关得到的速度谱和叠加纯波剖面，与采用常规地震预处理流程和技术得到的速度谱和叠加纯波剖面比较，表明本次攻关设计的叠前地震预处理流程和预处理技术是非常有效的.

图 11

Fig. 11

图 11 常规地震预处理流程和技术(左)和本次攻关地震预处理流程和技术(右)分别得到的速度谱及CDP道集 Fig. 11 Velocity spectra and CDP gathers by conventional preprocessing techniques (left panel) and our preprocessing techniques (right panel)

图 12

Fig. 12

图 12 常规地震预处理流程和技术(上)和本次攻关地震预处理流程和技术(下)分别得到的初叠加纯波剖面 Fig. 12 Raw stack sections for the Xiqiu4 structure by conventional preprocessing techniques (upper panel) and our preprocessing techniques (lower panel)

由于库车坳陷异常复杂的地下地质结构严重影响常规速度分析的效果，得到的速度场反映大致的速度变化分布，局部失真严重，只能作为后续偏移速度分析的初始速度模型.库车地区多口井的钻探失利分析表明：制约该区勘探主要瓶颈是圈闭形态和高点落实不准，速度建场和精细构造建模是库车地区油气勘探的关键.如何综合应用地震、地质、钻井、测井等多种资料建立合理的速度模型是我国复杂构造地区目前还没有解决的问题.该问题源于勘探地震学一个难以解开的死结^[16]，即速度的分布总是隐含着地下构造的展布信息，速度的失真必然导致成像构造的畸变.一方面构造成像需要速度模型，而速度模型建立又需要多次迭代的构造成像来实现.我们只能在多学科资料约束下，通过逐次逼近得到相对合理的速度模型.在塔里木油田公司多年来就库车前陆盆地地质结构特征、构造演化、地层分布等系统研究^[17-20]的基础上，特别是在其多年的研究成果：库车盐刺穿逆冲推覆构造建模理论及变速成图配套技术的基础上，我们总结了如图 13所示的复杂构造地区偏移速度分析流程图及关键技术.

图 13

Fig. 13

图 13 库车坳陷复杂高陡构造偏移速度分析及地震成像处理流程 Fig. 13 Flowchart of migration velocity analysis and prestack imaging for the high and steep structures in Kuche depression

近五年来，叠前时间偏移作为成熟的商业化技术已列入常规地震资料处理流程，在我国东部地区各油田得到了广泛应用.鉴于库车坳陷异常复杂的地下地质结构，叠前时间偏移作为一个过渡是必要的，理论研究和生产实践表明叠前时间偏移与叠前深度偏移的主要差别是盐相关构造引起的强横向速度变化导致盐下构造的成像畸变.我国西部复杂地区叠前时间偏移的主要目的是：1）为深度偏移速度分析进行地震层位解释提供相对精确的地震成像剖面；2）进一步改善叠前地震预处理得到的初始偏移速度模型，获得一级近似的偏移速度场.图 14为通过叠前精细预处理、两级偏移速度分析（DMO速度分析和叠前时间偏移速度分析）和退化Fourier变换波动方程地震成像的西秋10构造叠前时间偏移剖面.可见，膏盐层下地震反射信息丰富，表明叠前道集精细预处理是成功的.由于时间偏移的局限性，膏盐层下地震反射构造（例如T8层）形态是畸变的，这得到了库车地区多口失利钻探井的证明.由于时间偏移对速度的相对不敏感，速度误差对偏移成像精度（时间域）的影响相对较小，但面临的问题是偏移剖面的地质成图，要求较为准确的速度模型进行构造建模.接下来的深度偏移速度分析面临的第一个主要问题是深度域初始层速度模型的建立.深度偏移对速度比较敏感，要求从浅至深较为精确的速度模型.理论模型深度偏移试验表明浅层较小的速度误差会导致深层成像的较大畸变.深度偏移要求整个速度场保持较好的拓扑结构，即要求速度场相对变化保持.

图 14

Fig. 14

图 14 通过叠前精细预处理、两级偏移速度分析和退化Fourier变换波动方程偏移的西秋10构造叠前时间偏移剖面 Fig. 14 Prestack time migration section for the Xiqiu 10 structure by subtle data preprocessing、two-stage migration velocity analyses and wave-equation degenerate Fourier seismic imaging

以往钻井失利表明库车地区速度建场和构造建模基本不能完全依靠地震资料，其主要困难在于：1）异常复杂的近地表条件（高差悬殊、高速砾岩分布不均衡、逆冲褶皱带老地层出露等）导致近地表速度建场困难，虽然本文采用的叠前精细预处理技术极大地减轻近地表不利影响，但在局部地段，近地表对深层信噪比的影响是致命的；2）中深层盐体大面积刺穿，伴随逆冲推覆高陡构造，其速度场异常复杂，纵横向变化剧烈，在构造关键部位地震资料品质差，依靠地震数据建立较为准确的速度场几乎不可能；3）刺穿盐体速度和厚度横向变化较大，盐下断裂带构造破碎，地震资料盐下成像困难；4）勘探目的层埋藏深，探井少.塔里木油田公司对此展开多年的速度研究攻关，综合应用地震、地质、钻井、测井等多种资料从区域到局部对库车褶皱冲断带构造形成机制、构造特征及构造建模展开深入研究，特别是利用现代冲断构造理论指导构造建模工作，取得明显应用效果，也为深度偏移速度分析的初始层速度建模奠定坚实基础.

库车坳陷复杂高陡构造多为盐相关复合构造，刺穿盐体分布广，厚度变化大，在库车坳陷构造变形过程中起着至关重要的作用，与深部储层分布密切相关.由于盐体周围地震资料信噪比极低，叠前时间偏移畸变也较严重，围绕盐层分布开展构造建模是速度建场的关键和难点.库车坳陷盐层层序主要为古近系库姆格列木组、苏维依组和新近系吉迪克组，厚度在100~3000m之间变化.在构造变形过程中，以盐层为主要滑脱层，可以在纵向上分为盐上构造层、盐构造层和盐下构造层，各构造层的变形过程相互耦合，均受盐层控制.库车坳陷多年的盐相关构造建模研究取得的主要进展表现为：1）根据实验地质学研究结果，基本明确盐聚集机制，主要受盐下古地貌形态、沉积差异载荷和造山带逆冲推覆的影响，往往聚集在坡折或台阶状地形位置；2）盐上构造层由于地震成像畸变较小，可根据断层相关褶皱理论，结合地表露头、地层倾角、钻井和测井资料，完成速度建场和构造建模；3）针对盐下构造时间偏移畸变问题，通过地震物理模拟和反复的地震数值模拟，明确盐层变化对盐下构造落实的影响方式和程度，为综合利用测井和叠前时间偏移地震剖面进行盐下构造建模提供依据；4）根据造山带冲断楔变形理论进行盐下构造建模时，应充分考虑盐上构造厚度变化和变形形态以及盐层的分布对盐下构造变形的制约作用.图 15为根据断层相关褶皱理论和造山带冲断楔变形理论，结合测井资料和地震层序进行构造建模的典型例子.

图 15

Fig. 15

图 15 结合测井资料和地震层序进行构造建模的典型例子.上左:过大北构造某地震剖面及其井控构造解释; 上右:连井层速度对比图; 下左:构造建模模型; 下右:自激自收地震模拟 Fig. 15 A typical example of structure modeling by integrating well logging and seismic data.Seismic section with well-controlled structural interpretation (upper and left panel) across the Dabei structure, strata velocities across wells A and B (upper and right panel), and structural model (lower and left panel) with its synthetic seismogram (lower and right panel)

目前，叠前深度偏移成像技术在我国西部地区各油田逐步推广应用，遇到的问题也较多，深度域偏移速度分析是关键.由于目前技术的局限性和复杂地区地震资料极低的信噪比，完全依赖地震数据，通过常规叠前深度偏移速度分析还不能建立真实可信的偏移速度场.因此，建立叠前深度偏移速度分析的初始层速度模型变得至关重要.根据前述库车坳陷复杂高陡构造建模方法，对图 13中的一级近似偏移速度场采用层位控制空间变速时深转换，得到基于地震数据的深度域初始层速度模型.测井资料对该层速度模型的约束主要是通过标志层深度构造建模来体现的，还需要利用连井层速度值对该层速度模型进行调整.从图 15可知，根据同样的构造建模方法，采用连井层速度充填法进行层位控制空间变速时深转换速度建场，得到基于测井数据的深度域初始层速度模型.如何将两种层速度模型进行融合，实现图 13中的关键处理环节“结合?资料调整速度模型”，目前还没有较为科学的方法，简单的相加平均或人工方式局部调整对井外的层速度变化很难控制.较为可行的方法是利用叠前时间偏移速度模型作为初始值，以构造建模作为大尺度层位控制，进行井约束低频速度地震迭代反演^[21-22]，较好地控制井外推过程中速度的自适应变化，从而实现地震与测井的最佳融合，为接下来进行的叠前深度偏移速度分析提供较为合理的初始层速度模型.

库车地区构造建模和速度建场的方法与经验为建立合理的初始层速度模型提供了保障.图 16为西秋4构造叠前时间偏移剖面（上），综合地质、测井和地震层序的构造建模（下左）和最终叠前深度偏移速度模型（下右），可见偏移速度模型基本保持了构造建模的地层结构特征，从而确保叠前深度偏移结果的可靠性.图 13中的“逐层叠前深度偏移速度分析”是以深度域成像道集拉平为准，通过多次迭代修正叠加在背景速度场上的速度扰动量，实现偏移速度场拓扑结构的相对保持.图 17为西秋10构造叠前深度偏移沿层速度分析（上），速度分析第三次迭代速度模型（下左）和第十次迭代速度模型（下右），可见深度偏移速度分析主要修正叠加在背景速度场上的扰动量，实现合理速度横向变化.

图 16

Fig. 16

图 16 西秋4构造叠前时间偏移剖面(上), 综合地质、测井和地震层序的构造建模(下左)和最终深度偏移速度模型(下右) Fig. 16 Prestack time migration section for the Xiqiu 4 structure (upper panel), structure modeling by integrating geological study, well logging and seismic data (lower and left panel) and the final depth migration velocity model (lower and right panel)

图 17

Fig. 17

图 17 西秋10构造叠前深度偏移沿层速度分析(上), 速度分析第三次迭代速度模型(下左)和第十次迭代速度模型(下右) Fig. 17 Along-strata migration velocity analysis in the depth domain for the Xiqiu 10 structure (upper panel), the resulting velocity model (lower and left panel) after 3 iterations and the resulting velocity model (lower and right panel) after 10 iterations

波动方程叠前深度偏移是复杂构造成像的有效手段.与Kirchhoff方法和有限差分方法不同，波动方程Fourier地震偏移技术具有许多优点，如算法结构简单、解析波场延拓、波场外推稳定、无有限差分方法固有的网格频散和三维算子分裂方位角误差、快速Fourier变换（FFT）波场延拓的高计算效率等.这些优势极大改善了地震偏移过程中高波数波的成像问题.主要的缺点是由于常规Fourier分裂步外推算子的全局或半全局逼近特性，使得常规Fourier地震偏移方法只适用于弱到中等程度的速度横向变化，或者是小角度成像.通过采用多个参考速度偏移^[23-24]，或者是延拓层分段偏移^[25]来改善强非均匀介质大角度波的成像，虽然算法仍保留只用FFT进行波场延拓的优点，但是每延拓一层所用FFT的次数增加了很多，计算量和存储量变得很大.Fu^[9]提出一种退化Fourier偏移算子，既保持波场延拓只用较少次数的FFT，又将常规Fourier分裂步地震偏移方法（SSF）推广适应强速度横向变化介质和大角度传播波场^[10]，其偏移成像过程是通过在两个分裂步项之间作波数域线性插值来实现波场延拓，每延拓一层只需比常规SSF方法多一次快速Fourier变化（FFT）.

通过精细的叠前地震预处理和三级偏移速度分析，极大改善偏移前地震资料的品质和偏移速度模型精度，为波动方程叠前深度偏移技术发挥作用奠定基础.图 18比较了西秋10构造叠前深度偏移（上）与叠前时间偏移（下）时间域局部显示剖面，在时间偏移剖面上盐下T8反射平滑杂乱、小断块特征不明显、构造形态局部畸变；而在深度偏移剖面上T8反射连续、波组特征明显，断点绕射收敛、小断块特征突出，构造形态畸变小、横向起伏变化特征突出.图 19比较了却勒构造叠前深度偏移（上）与叠前时间偏移（下）深度域显示剖面，在时间偏移剖面上膏盐底界面和盐下小断块绕射未收敛到位，地层反射结构杂乱；而在深度偏移剖面上这些问题得到基本解决.图 20为博孜构造常规处理叠前时间偏移剖面（上左）、本次攻关叠前时间偏移剖面（上右）、叠前深度偏移时间域局部显示剖面（下左）和叠前时间偏移时间域局部显示剖面（下右）.可见，基于Kirchhoff偏移方法的常规处理叠前时间偏移受膏盐层的影响较重，盐下反射同相轴交叉、绕射弧太大、膏盐边界反射特征不明显；基于退化Fourier偏移方法的叠前时间偏移受膏盐层的影响较轻，盐下反射同相轴交叉减弱，绕射弧得到进一步收敛，膏盐边界反射特征明显.但是，与叠前深度偏移剖面（下左）相比，时间偏移剖面上的这些问题仍然显得非常严重，在深度偏移剖面上，盐下反射同相轴交叉和绕射弧问题基本解决，盐下构造真实面貌显露出来.

图 18

Fig. 18

图 18 西秋10构造叠前深度偏移(上)与叠前时间偏移(下)时间域局部显示剖面比较 Fig. 18 Comparison of prestack depth (upper panel) and time (lower panel) migration sections (in part) for the Xiqiu 10 structure

图 19

Fig. 19

图 19 却勒构造叠前深度偏移(上)与叠前时间偏移(下)深度域显示剖面比较 Fig. 19 Comparison of prestack depth (upper panel) and time (lower panel) migration sections for the Quele structure

图 20

Fig. 20

图 20 博孜构造常规处理叠前时间偏移剖面(上左)、本次攻关叠前时间偏移剖面(上右)、叠前深度偏移时间域局部显示剖面(下左)和叠前时间偏移时间域局部显示剖面(下右) Fig. 20 Comparison of conventional (upper and left panel) and our (upper and right panel) prestack time migration sections for the Bozi structure, and comparison of prestack depth (lower and left panel) and time (lower and right panel) migration sections (in part) for the Bozi structure

库车坳陷复杂高陡构造地震成像研究首先需要解决的问题是提高叠前地震数据的信噪比，重建深部反射信号.常规的商业化去噪技术在极低信噪比的库车地区很难凑效，必须针对该区地震地质复杂性和地震资料特征采取有针对性的技术措施.围绕这一主题开展的叠前资料预处理研究主要在三个层次上展开：1）针对记录面貌大尺度变化的较粗层次，搭配使用的技术包括：振幅自适应的双域短算子窄阻带二维滤波技术压制能量强、振幅畸变的近偏移距面波；基于宽带传播算子的大尺度地表一致性处理技术消除坏炮坏道和成片的异常频率振幅干涉带，同时均衡激发接收条件变化引起的炮间记录面貌上的大尺度能量变化；针对强起伏地表的波动方程长波长静校正.2）针对振幅和时移中尺度变化的第二层次，搭配使用的技术包括：波动方程滤波处理技术压制半随机半相干的近地表强散射噪音，突出淹没于噪音环境中的中深层弱有效信号；针对近地表速度剧烈变化的中波长迭代静校正；预测反褶积与地表一致性反褶积组合使用的串联反褶积技术，适度提高分辨率.3）针对振幅和时移小尺度变化的第三层次，搭配使用的技术主要包括：综合利用子波一致性整形处理、地表一致性振幅处理、地表一致性Q滤波技术等小尺度地表一致性处理技术，均衡激发接收条件变化引起的炮间和道间记录的小尺度变化；针对短波长剩余时移的地表一致性剩余静校正和动校剩余时差校正技术；保幅特性较好的随机噪音压制技术和分频加强技术，提高优势频带信噪比.

库车坳陷复杂高陡构造地震成像研究的核心是偏移速度分析，深度偏移速度分析突出的问题是人为干预过重.在极低信噪比资料地区，基于不同解释人员或不同解释方案得到的速度模型，往往存在较大的差异，导致叠前深度偏移结果差别巨大.库车坳陷叠前深度偏移速度建模是我国典型的高难度区，主要表现为：盐上逆冲推覆陡倾角构造中刺穿盐体大面积分布，其顶底面形态复杂多变；盐下断裂复杂，小断块发育.本文通过DMO速度分析、叠前时间偏移速度分析和叠前深度偏移速度分析三级速度建模，建立较为可靠的偏移速度模型.三级速度建模的关键技术是叠前时间偏移速度场时深转换的构造建模技术和连井层速度场与深度域偏移速度场的融合技术.库车地区多年研究形成的盐刺穿逆冲推覆构造建模理论及变速成图配套技术，为叠前深度偏移速度分析提供有效的构造和层位约束.叠前深度偏移速度分析是以深度域成像道集拉平为准，通过多次迭代修正叠加在背景速度场上的速度扰动量，改善偏移速度场的相对保持拓扑结构.

库车坳陷复杂高陡构造地震成像以叠前地震数据品质的改善为基础，拓扑结构相对保持的偏移速度场为核心，改善高波数波成像的退化Fourier偏移算子为手段，通过对大北、博孜、却勒、西秋4和西秋10等复杂高陡构造地震成像试验，同以往的商业化常规地震处理结果相比较，取得了较好的应用效果，大部分地震测线信噪比明显提高，特别是深层反射信息丰富了很多，地质构造成像更加清晰准确.