随着油气田勘探开发的不断深入，油气勘探从构造勘探向地层、岩性勘探方向发展，速度分析、精细的构造解释和储层参数反演等对地震数据的分辨率提出了更高的要求(Margrave et al.，2002，2005; 赵岩等，2014).常规水平叠加方法存在许多不足(于玲等，2007)，CMP道集同相轴校不齐，不能完全消除各种时差，实现CMP道集中各道真正的同相位叠加(Garotta et al.，2002)，因此，由常规叠后得到的偏移资料不能充分满足现在生产的需求，必须要求高分辨的地震资料(李庆忠，1994；王云专等，2006;王开燕等，2007).通常采用反褶积的方法来提高纵向分辨(刘志伟等，2013)，但要求地震子波是平稳的，即要求地震子波在地下介质传播过程中保持不变(渥·伊尔马兹，2006；Margrave et al.，2011)，当地震波在地下介质中传播时，由于实际地下岩层并非完全弹性，使地震子波的振幅衰减，引起地层吸收现象(牟永光等，2007；赵岩等，2014).地震子波的非平稳性造成地震子波的振幅衰减和波形畸变(Wang，2002，2006；王开燕等，2010)，降低了地震记录的分辨率和信噪比.

目前，提高地震资料分辨率的主要方法有谱白化(任晓乔，2003; 陆凯文等，2005；王季，2012)、外推展谱(王思秀等，2007;王开燕等，2014)和小波变换(任晓乔，2003;尚帅等，2015)等方法，但这些方法通常被视为，只是提高了地震资料的视觉信噪比和视觉分辨率(云美厚，2009)，而对提高地震资料的真实信噪比和分辨率影响不大.近年来诸多学者应用一些方法来提高地震资料的分辨率，如广义S变换(Stockwell et al.，1996；Pinnegar and Mansinha，2003；Sejdi et al.，2008；黄捍东等，2014)、反Q滤波(Hale，1981;Hargreaves and Calvert，1991；Wang，2002)、希尔伯特变换(Huang et al.，1998；杨培杰等，2007)以及谱整形技术(邬达理，2011；万欢等，2012)等，但这些方法在实际应用中参数很难取准，如反Q滤波中的Q值(万欢等，2012)，广义S变换中用于调节小波基函数的时宽和衰减趋势参数λ与p，白噪成分ε值，调节平滑程度q值等参数(万欢等，2012;黄捍东等，2014)，而参数准确与否对提高分辨率的影响又至关重要(万欢等，2012).在高分辨率地震数据处理中，有些处理方法仍与常规处理方法相同.如时间域叠加，主要表现在某些时差得不到准确校正，仍存有一定量的剩余时差，使得CMP道集中各道同相轴得不到真正校齐(Lichman，1999;林伯香和孙建国，2001)，不能实现同相叠加，严重影响地震记录的分辨率(曲寿利，1991).许多研究致力于消除多次波，以提高水平叠加效果的方法，一般都是在经过动、静校正之后没有任何误差的情况下，而一旦存在动、静校正误差，这些方法的理论效果会受很大影响(Calvert，1990;Schoenberge，1996).高分辨率地震数据处理、AVO技术及应用较广的水平叠加技术等，在对地震资料处理时都因剩余时差的影响而产生较大偏差(杨帅等，2014).为此，笔者采用相位替换(Lichman，1999; 林伯香和孙建国，2001；王静，2011；赵岩等，2014)进行剩余时差校正，再对校正后的地震资料进行叠加，以提高地震资料的信噪比和分辨率，该校正方法在提高AVO效应反演泊松比的精度方面也非常有效.

地震记录的褶积模型s(t)为

式中，w(t)为地震子波，r_n为第n层界面的反射系数，t_n为第n层的反射时间，N为反射界面的总层数，s(t)的频谱S(ω)为

式中，w(t)的频谱W(ω)为

其中R(ω)是反射系数序列的频谱：

式中，φ₀(ω)，φ_R(ω)分别为子波与反射系数的相位谱.

地震记录的相位谱φ(ω)：

由(8)和(6)式可知，当地震子波w(t)一定时，地震记录的相位谱φ(ω)只与反射系数r_n有关，而到达时t_n的信息包含在相位谱φ(ω)中，通过改变相位谱φ(ω)，可以达到改变到达时t_n的目的(林伯香等，2001；任晓乔，2003；于玲等，2007).

若用不存在时移(时差)地震记录道的相位谱替换各道的相位谱，并保持各自的振幅谱不变，即可实现时差校正，这种处理即为相位替换，用来替换其它各道相位谱的道即为参考道.经过去噪、动、静校正和倾角时差校正等处理后得到的信噪比较高的叠加道作为参考道，或者将相位替换处理的叠加数据作为参考道，对地震数据作二次相位替换处理，由于参考道质量的提高，二次相位替换处理可以较好地改善最终叠加的效果.采用分时窗相位替换处理的地震数据，提取的AVO信息才具有可靠性.

反射界面模型中的每一道波形一致，共有5个CMP道集，其中每个CMP道集中有30个地震道.没有加时移的CMP道集模型图 1a，图 1b是由模型图 1a加入随机时移后的CMP道集模型，由图 1b可知，加入随机时移后(相当于实际资料中存在剩余时差)的CMP道集同相轴不连续(同相轴没有校齐)，其无法实现同相位叠加.因此，这种情况下，不但影响界面反射真实振幅的强弱，无法获得高保真的地震资料，而且会使信号主频变低、频带变窄，降低地震资料的分辨率，进而使反射界面的一些地质信息无法显现，特别是地下薄层分层的信息.相位替换校正后CMP道集模型图 1c，其是以去噪后的叠加道作为参考道，用参考道的相位谱替换CMP道集中各道的相位谱，与图 1b相比，CMP道集同相轴完全校齐.对比图 1a与图 1c可知，二者具有很好的一致性，相位替换后获得了较好的效果.

图 1

Fig. 1

图 1 一个反射界面模型剩余时差校正图 (a)未加时移的CMP道集；(b)加时移的CMP道集；(c)相位替换后的CMP道集.Fig. 1 A reflection interface model residual moveout correction chart (a)CMP gathers without time shift；(b)CMP gathers with time shift；(c)After phase replacement CMP gathers.

由一个反射界面模型的水平叠加剖面图 2可知，相位替换后的水平叠剖面图 2c非常接近期望叠加剖面图 2a，振幅的保真度更好，同相轴更细且连续性好，常规水平叠加剖面图 2b较图 2c同相轴粗，相位替换后的叠加比常规叠加的振幅得到增强且分辨率提高.由叠加剖面的振幅谱图 3可知，相位替换处理可使振幅谱图 3c保持不变(与图 3a一致)，信号频带接近于理想状况(图 3a)，而常规叠加图 3b会使信号的频带变窄、主频降低和振幅减弱(相对图 3c).

图 2

Fig. 2

图 2 一个反射界面模型叠加剖面效果 (a)期望叠加；(b)常规叠加；(c)替换后叠加.Fig. 2 The effect of a reflection interface model stack section (a)Expect stacking；(b)Conventional stacking；(c)After phase replacement stacking.

图 3

Fig. 3

图 3 一个反射界面模型叠加剖面的振幅谱 (a)期望振幅谱；(b)常规叠加振幅谱；(c)相位替换振幅谱.Fig. 3 The amplitude spectrum of a reflection interface model stack section (a)Expect amplitude spectrum；(b)Conventional amplitude spectrum；(c)After phase replacement amplitude spectrum.

反射界面模型图 4，共有20个CMP道集，每个CMP道集中有30个地震道，此模型有两个界面，分别出现在40 ms和130 ms，其中第二个界面的倾角是30度的倾斜界面.图 4b是对期望模型图 4a加入了时移，进行了常规水平叠加处理的结果，图 4c是对加时移模型图 4b进行分时窗相位替换处理后叠加的结果，结合振幅谱图 5(这里只显示5个叠加道)，分析对比可以得到图 4c的效果更好，振幅更强，图 4b的信号较“胖”，图 4c显示界面的同相轴更细，更加清晰，说明进行相位替换处理的CMP道集资料，再进行叠加，不但叠加信号增加了高频成分，而且频带变宽.通过振幅谱图 5的对比，证明相位替换处理可以增加叠加信号的强度和频带宽度，能为水平叠加处理提供几乎没有任何剩余时差的CMP道集数据.

图 4

Fig. 4

图 4 水平界面与倾斜反射界面模型叠加剖面效果 (a)期望叠加；(b)常规叠加；(c)相位替换叠加.Fig. 4 The effect of horizontal interface and sloping reflection interface model stack section (a)Expect stacking；(b)Conventional stacking；(c)After phase replacement stacking.

图 5

Fig. 5

图 5 水平界面与倾斜反射界面模型叠加剖面振幅谱 (a)期望振幅谱；(b)常规叠加振幅谱；(c)相位替换振幅谱.Fig. 5 The amplitude spectrum of Horizontal interface and sloping reflection interface model stack section (a)Expect amplitude spectrum；(b)Conventional amplitude spectrum；(c)After phase replacement amplitude spectrum.

通过地震记录模型的对比分析，CMP道集通过相位替换处理，进行时差校正，可以有效地消除各种因素引起的时差，将CMP道集的同相轴校齐，从而实现同相位叠加，提高叠加剖面的分辨率和信噪比.

图 6a是DQ 某地区一段原始地震记录 常规叠加剖面，图 6b是对其进行相位替换处理，消除各种因素引起剩余时差的叠加剖面.由于原始CMP道集地震资料的同相轴没有充分校齐，存在一定量的剩余时差，原始CMP道集通过常规叠加处理得到的叠加剖面图 6a，有效反射同相轴连续性很差，能有效分辨的反射层界面也非常少，整张剖面的分辨率和信噪比均较低.而对原始CMP道集地震资料，用叠加道作为参考道进行相位替换处理，再进行叠加而得到的叠加剖面图 6b，整张剖面的同相轴连续性得到了很好的改善，反射细节清晰可辨，一些弱反射界面的能量得到增加，许多薄层和弱反射层均可分辨，信噪比明显高于常规叠加剖面图 6a.由此表明，本文给出的相位替换处理方法，可在一定程度上压制了噪声，纵向和横向分辨率均有很大提高.

图 6

Fig. 6

图 6 地震资料剩余时差校正对比图 (a)相位替换前地震资料；(b)相位替换后地震资料.Fig. 6 The residual moveout correction of seismic data contrast figure (a)Before phase replacement seismic data；(b)After phase replacement seismic data.

图 7a与图 7b分别是相位替换处理校正剩余时差前和后的叠加剖面，图 8a和图 8b分别是相位替换处理校正剩余时差前和后的振幅谱.由图 7与图 8可得到，相位替换后的叠加剖面反映层位特征的同相轴比常规处理更清晰，一些弱的反射细节也得到加强，弱层的能量和连续性得到改善，相位替换后的叠加信号的高频成分得到增加，频带相应变宽.

图 7

Fig. 7

图 7 相位替换处理校正剩余时差前后叠加剖面 (a)校正前；(b)校正后.Fig. 7 Phase replacement treatment before and after the residual moveout correction stack profile (a)Before correction；(b)After correction.

图 8

Fig. 8

图 8 相位替换处理校正剩余时差前后叠加剖面的振幅谱 (a)校正前；(b)校正后.Fig. 8 The amplitude spectrum of Phase replacement treatment before and after the residual moveout correction stack profile (a)Before correction；(b)After correction.

(1)应用参考道的相位谱替换地震记录CMP道集各道的相位谱，保持振幅不变，可有效消除剩余时差，校齐同相轴.

(2)该方法可增加地震记录CMP道集的能量强度，高频成分得到扩展，提高叠加地震记录的信噪比和分辨率，使反映地下地层信息的同相轴更加清晰.

(3)在相位替换处理之前对CMP道集进行动、静校正，使该方法的应用效果更加有效.

(4)参考道的选取对相位替换处理至关重要，恰当地选取参考道，该处理方法的精度更高.

致 谢　感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！