1. 引言
近年来随着油气勘探研究的重点由构造油气藏逐渐转向岩性油气藏和致密油气藏领域，地球物理技术的采用自然地由叠后转入叠前。叠前技术的采用部分解决了岩性或隐蔽气藏勘探工作中的一些问题，取得了诸多的技术成果。国内业者唐何兵等应用叠前AVO同步反演技术解决了古近系窄河道储层预测问题 [1]，准确锚定储层展布，有力支持井位部署；程增晴等利用分道集丰富的地震横向信息，通过叠前同步反演手段解决了砂岩和泥岩阻抗重叠无法区分时如何预测储层的实际问题 [2]，为钻探及挖潜措施提供了可靠的依据。基于Zoeppritz方程的叠前AVO或AVA技术相对于简单的依靠速度与密度的波阻抗技术具有较大优势；在获得高质量的道集叠加剖面中也形成了多种技术手段进行道集优化处理，基于结构中值滤波法、反Q滤波、SOB技术等技术都可以帮助获得一条高质量的角度道集信息体 [3] - [11]。但上述措施之目的仅仅停留在术的层面，而对于如何解决实际中的储层预测问题，比如隐蔽河道的刻画，往往需要根据实际问题而就事论事。
对物探地质工作者来说地震剖面并不陌生，但一个高品质的地震剖面却是梦寐以求的。业者最经常使用的地震剖面是地震处理之后的成果剖面，通常用来进行构造解释及相关储层预测，但结果往往与实钻地质及测井信息吻合不够理想，这是因为普通地震剖面是用全偏移距或全角度道集地震进行叠加而成，叠加的总效果必然掩盖各个道集的差别性，而地下地质构造及岩性流体的纵横向是变化复杂的，于是由全叠加的平均化作用必然造成微观差别地质信息的无法识别，尤其对薄层而言更是如此，隐蔽油气藏就不容易被发现。针对这些问题，在实际研究工作中，笔者做了一些有关探索尝试，以飨读者。
2. 问题的提出
在实际勘探开发生产科研工作中，提高预测精度是工作中的重点要求，而要达到此目的，除了单井岩性解释和地层划分要求精细之外，若要达到横向预测的工作目标，所依赖的技术手段只有靠地震技术解决，而地震分辨率的高低又取决于各种因素，而在地震采集施工过程中，工程地质条件制约着现实工作，由于受到地表激发条件及表层岩土结构的影响，比然制约着工作采集质量，比如河流湖波工厂企业高山峡谷街道马路村庄民居等客观物理条件限制，不得不采取变观等措施，这样就势必造成采集精度，直接影响地震信号质量。但在实际工作中，地震地质解释诸如构造解释、地层解释、波阻抗反演、岩性解释、油气检测等构造所最常使用的地震资料一般都是叠后成果数据，在实际生产科研中发挥过积极作用，基本难过满足普通的工作要求；但随着勘探工作要求的提高和开发生产需要，越来越不能满足实际需要，诸如砂泥岩储层地层区域薄互层的刻画，小河道的识别，三、四级沉积旋回的划分等 [12] [13] [14]。
Figure 1. The seismic profile and the pre-stack CRP gathers at well A
图1. 过A井地震剖面及井点处叠前地震CRP道集
如图1所示图中，左侧为过A井主测线Iinline2571全叠加地震剖面，右侧为该井点位置Iinline2571、CDP1284处的叠前地震道集。左侧成果地震资料即为平时工作中最常用的地震剖面，用来进行构造、地层、储层预测等相关地质研究；右侧道集资料通常极少用到，右侧道集的叠加信号就是左侧全叠加剖面中井点处的地震道信息，全叠加剖面即是由此而来。图中最上部第一个红色虚框所圈范围为HXC-FG地区沙溪庙组Js13砂体，成果剖面中现实其地震响应同相轴振幅较弱，相位不稳定，横向不连续，但展布不十分明确，右侧相应井点处的叠前道集信号亦表现出不稳定的AVO特征；其次，上部黄色虚框内所示地震剖面里为Js14之下地层所表现响应特征，总体为强谷反射，但井点处附近出现相位分歧，顶端表现为较弱的波峰，右侧对应的叠前道集显示该处顶部具有薄层，信号明确，而左侧全叠加剖面中表现极为不明显，大大消失了该信息；粉红色虚框所示剖面中为下沙溪庙组地层反射，表示处出现强振幅波峰，疑似河道或朵叶体地震反射，但边界模糊不清，右侧道集中亦AVO特征不稳定，无法确定同相轴数目；底部绿色虚框内淡黄色充填区域，为千佛崖组地层顶界面，左侧全叠加剖面中表现为强振幅波峰、相位稳定连续的单波峰，但右侧相应处的叠前CRP道集却是两个波峰所组成的复合波，在近偏移距道集表现尤为明显，而远偏移距道集则渐变为单个波峰。
3. 原因分析
那么以上问题具有典型的代表性，问题的存在困扰着地质解释人员，直接影响着工作质量。问题的产生是由于叠前道集进行全叠加地层成像时造成的，叠加时近偏移距道济或近角度道集和远角度道集信息叠加一起造成的，而近偏移距道集信息一般包含着较高的频率信息，而远偏移距道集相应的频率会低同相轴变胖，这样近中远偏移距道集做全叠加时必然会抹杀近偏移距道集的高频信息，而变成总体频率的降低，进而地震分辨率降低。另外，实际采集接收到的反射波信息并不符合理论上的反射波时距曲线的双曲线形状，但在处理阶段进行动校正工作的时候却按照双曲线模式进行，必然会造成道集信息的相位畸变及同相轴的弯曲或蚯蚓状，以至同相轴无法校平，无法获得较好的叠加剖面，如图1右图所示，但在叠加阶段却全角度进行叠加处理合成成果地震剖面，必然会有大量的有效地质反射信息被淹没，故而造成成像效果不理想，严重制约着地质人员的解释工作和油气勘探开发工作的高效精细，促进生产效益的提升。
4. 方法对策
经过上述论述可知叠加成果剖面的质量是由叠前道集的质量决定的，所以一个高质量的叠前道集成果是业者所追求的，为此笔者亲自搜集叠前道集资料进行了一系列的相关研究工作，总体形成了一套意在提高道集质量、地震分辨率、叠加成果平面的可信度、储层内部薄互层的区分识别、储层预测精度等的总体工作思路。
4.1. 叠前道集处理
处理流程具体包括：道集切除、SVD去噪、道集拉平、Alpha滤波、频率补偿、SVD去噪等 [15]，如图2所示，每一步都有其特殊作用，具体的算法细节不是本章阐述的重点。
Figure 2. Prestack stack gathers processing flow
图2. 叠前道集处理流程
对单井CRP道集进行测试，通过速度转换分析发现，最大偏移距对应最大入射角度40度，大于之上的信息主要是噪音干扰信号，不能反映地层反射信息，故选择40度以上部分做切除处理，保留0~40度部分，该部分信息集中体现了地层反射信息，后续分析及处理均针对此范围内的有效信号进行。道集拉平处理是针对同相轴不平而设计的，目的在于清楚动校正不彻底而进行，完成此步骤能够基本解决此问题，使得道集变平，便于道集之间的AVO对比分析；SVD去噪和Alpha滤波的主要目的是消除其前面每一步处理工作后所产生的地震额外噪音，如果不进行去除会对接下来的其他工作造成严重干扰；频率补偿的目的是为了补偿深层地层的高频成分迅速衰减而造成高频信号变弱的影响，由于地震波在传播过程中，随着深度的加大，大地对地震波的吸收也会越多，尤其是高频信息，另外目的层地层的加深造成地震波的在到达检波器接受到之前所经历射线路径的加大，所经过的地层地质构造流体成分更加多变复杂，当它到达地面检波器时由于吸收衰减扩散衍射等因素其子波能量会变弱，频率变低，波形变胖，从而造成远角度地震道集的AVO特征的巨大变化，上述剖面中所对应的CRP道集里蓬莱镇组地层即是如此，近角度道集是两个同相轴，而远角度道集就合并为一个同相轴，这是高频成分迅速衰减造成的，如果对此进行纠正恢复处理就必须进行高频信息的补偿 [16]。
4.2. AVO响应分析
AVO响应是振幅随炮间距的变化规律，不同岩性或流体的地层其AVO响应特征规律是不同的，合理的响应特征规律是开展叠前研究的前提和基础。图3即是A井点处(Line2571、CDP1284)叠前道集经过设计流程处理之后的效果对比及下沙溪庙组Js33-1砂体处所对应的AVO道集特征。图中明显看出，右侧处理成果道集地震品质明显提高，同相轴连续，相位稳定，频率明显提高，AVO特征跟之前比较散点明显集中且特征不变，说明处理质量可靠有保证，信噪比明显提高，高频信息丰富，左侧处理前道集中无法识别的薄层经过处理之后变得容易识别，各砂组界限明显，更有利于提高叠加剖面的质量和解释效果。特别指出，黄色框框内为千佛牙组底界面，近角度道集双轴区分明显，远角度道集依然是一个同相轴，说明在处理过程中既保证了原道集的低频信息又提高了高频信息。
Figure 3. Comparison and AVO analysis before and after processing at well A
图3. A井处道集处理前后对比及AVO分析
4.3. 角道集叠加
新成果对地震地层解释工作具有非凡的积极作用。处理后叠前地震道集资料不是最终目的，解释研究人员最终需要直接能够使用的叠加成果剖面 [16]，那么就需要对处理后道集进行叠加处理，获得可以用来进行地质岩性解释的成果剖面。针对HXC-FG工区笔者做了多种类型的不同角度部分角度道集的叠加处理，为了进行叠前AVA同时反演做了0~10、10~20、20~30、30~40等，为了研究远近道集叠加对成果剖面的影响，做了0~20、0~30、0~25度等部分角度道集的叠加处理，并分别与原始叠加地震剖面进行对比。
图4中分别为过B井Line1638测线原始全叠加地震反射剖面、过井旁CDP1345原始地震叠前道集、处理后道集及过该测线的0~10度部分叠加剖面，图中显而易见的是，经过道集处理后框框所标出的地层分辨率及同相轴质量均有显著提高，因此在最右侧的部分叠加剖面中成像效果很好是必然的，叠加成果剖面质量，包括同相轴连续、主频提高、有效频带的拓宽、复合波的分开、噪声降低等，这些在图中均有明显体现。
在图5中上沙溪庙地层地震反射特征品质差异一目了然，处理前剖面下图黄色箭头所示与上覆地层疑似角度不整合接触关系，而处理后剖面上图在在此处已不再出现这种情况，而是平行接触，这种解释的差别非常显著。另外，上图中进积反射明显，而下图则完全看不出来。显然是叠前道集处理后的部分叠加剖面的品质要好得多，同一个地震剖面处理前后所展现的地质印象差别很大，后者地层接触关系模糊容易引起误解，而新处理的剖面地层关系清晰明确，地质意义解释起来相对容易，更加趋向于精细精确勘探之路 [17]，给地质人员带来很大方便。
Figure 4. Comparison of the original seismic stack profile through well B, the original track set beside the well, the treated track set and the 0~10 degree stack profile
图4. 过B井原始地震叠加成果剖面、井旁原始道集、处理后道集及0~10度部分叠加剖面对比图
Figure 5. Comparison of 0~10 degree stack profile features before (lower) and after (upper) gathers processing at well D
图5. 过D井道集处理前(下)、后(上) 0~10度叠加剖面特征对比图
4.4. 近远道集叠加剖面对比
原始地震叠前道集经过上述设计的技术步骤的处理之后明显提高地震信号的品质，那么至于选择何种叠加方案的地震成果剖面进行地震地质解释呢。之所以提出这个问题，在本文开头部分已经有所提及，叠前地震道集的近、中、远偏移距或角度道集在地震成像过程中所反映的情况并不一致，这是由地震波所经过的路径不同造成的，地下地质情况的复杂性，必然会使得经历不同路径的地震子波的作用效果也不一样，路径长经历的地层数目会更多复杂性地层的吸收作用会更强，必然造成在远偏移距检波器接受信号品质变差，噪音增加、高频信息成分少；相反，在近偏移距，检波器所接收到的反射信号所经历的地下路径会小得多，地震信息的吸收衰减等作用会少得多，故而保留了较多的高频成分，在CRP道集中即可显而易见。
Figure 6. New processing data 0~5, 35~40 degree stack seismic profile comparison at well G and C
图6. 过G、C井新处理资料0~5、35~40度叠加地震剖面对比
图6即为过C和G井叠前道集处理后0~5度及35~40度叠加地震剖面对比图，可以明显看出近偏移距叠加的地震分辨率要远高于远角度叠加，左图近角度叠加剖面中沙溪庙组JS23、JS24、JS33-2等地层界面清楚，剖面频率较高，薄层识别到位；而右侧远角度叠加剖面中对应的地震反射层高频成分严重缺失，低频大黑轴波峰波谷淹没了对应的薄层信息，地震品质满足不了岩性地层解释需要。
既然地震叠前CRP道集的远、中、近偏移距道集地震反射信息差别如此巨大，那么基于全偏移距或全角度叠加的常用的地震成像叠加技术方案就显得不科学，因为近偏移距道集的高分辨率高频信息叠加上远偏移距道集的低分辨率低频地震信息，由二者叠加作用而生成的成果剖面必然是高频成分被淹没，低频成分得以加强，总效果是向远偏移距的地震信号靠近，地震成果剖面就是信噪比变差低频成分占优，可解释性变差。可想而知，远偏移距道集在叠加效果中不能起到积极作用，只会降低剖面的分辨率淹没地层信息，所以一个明智的专家是不会随便拿来处理人员所最终全叠加成果数据作为岩性解释直接使用的。
故而我们可以确定这样一种技术思路：用品质较高的近偏移距道集，而舍弃品质较差的远偏移距道集中。但使用多少度以内的叠前道集，这需要进行叠加测试来确定。
4.5. 角度叠加方案优选
为此笔者做了多种叠加方案进行剖面品质测试，图7即是极有代表性的一种。图中所示为近角度0~5度叠前道集和远角度35~40度叠前道集进行叠加(图左)，及0~5度和30~40度的叠前道集进行叠加(图右)剖面对比，明显可以看出有图地震剖面的品质低于左图，右图高频成分明显减少，分辨率显著降低，地层的可解释性变差，而两个剖面的品质皆低于图6中左图的0~5度的叠前道集地震叠加剖面，该剖面品质无论各个方面均要优于其他，而如此差别巨大的根本原因就是远角度道集地震信息频率偏低噪音大的缘故 [18]，上面已经有详细的论述。由此看来，远角度或远偏地震道集在叠加成像过程中所起到的作用中其积极的一面要远小于消极的一面，故而在叠加成像工作中远道集信息可以根据实际地震地质情况而酌情舍弃，而只是用能够反应地震地层低频、高频信息的近中角度信息进行叠加工作 [19] [20] [21]。这样才能消除全叠加技术对薄地层的忽视或淹没，从而重新发现地层岩性在认识上的偏差，对我们的勘探开发工作具有积极作用。
Figure 7. New processed data 0~5 stack respectively 35~40 and 30~40 degree seismic profile comparison
图7. 过G、C井新处理资料0~5叠加35~40度及0~5度叠加30~40度地震剖面对比
既然近偏移距叠加效果要优于远角度叠加，那么具体采用何种技术方案呢，笔者进行了多方测试，最终确定0~20度叠加为最优方案，以该方案所成之叠加剖面为成果地震数据，叠加效果最好，地震剖面品质最优，而20~40度远偏移距道集进行舍弃不用。
Figure 8. Full stack profile, 0~20 degree stack profile of original data and its new processed stack profile at C well
图8. 过C井全叠加地震剖面、原始道集0~20度叠加剖面、新处理道集0~20度叠加剖面
图8给出了过C井相同地震测线的三个不同处理方式获得的地震剖面，其中左图为全叠加地震成果剖面，即最常用的成果地震资料，构造解释及平面属性的提取通常都是在此基础上进行，中图为原始叠前道集直接进行0~20度叠加处理所生成的剖面，右图为对原始道集进行过前述方案所处理之后所生成的新叠前道集资料进行0~20度叠加处理后所生成的叠加剖面。分别对以上三种地震剖面进行对比分析发现，其剖面品质及地震分辨率以此提高，这就证明了前述技术方案的正确性科学性。
前面论事可知，对原始道集资料进行一系列相关技术处理之后选择0~20度角度道集进行叠加处理所获剖面为最优地震剖面，而大于20度的叠前地震道集信息在叠加工作中不予使用，因为其本身对地层成像目标起到负面作用。但这不是否定全叠加技术的优势，全叠加在尤其勘探开发应用中发挥积极作用这也是有目共睹的，其主要优势在于构造成像方面，在解决复杂构造问题具有积极作用；但是当构造问题已不在是企业公关的重点，转而向发现岩性或地层圈闭的勘探方向时，全叠加技术早已满足不了发展需要，此时，近偏移距叠加技术就成为亮点，因为高频信息丰富成为全叠加及远偏移距道集信息所无法企及的，此观点和技术方案为笔者所首创。
5. 实施及效果分析
为了更直观的验证方法技术的可行性和优越性，选了两个地层进行属性提取作比较，由于对明显的地震地层反射界面，处理前后的地震资料在均方根振幅属性上均有良好显现，故而笔者提取了两个小层进行均方根地震属性提取，以验证处理后资料在区分识别小层方面的优越性。
图9为JS33-3地震反射层，在全叠加成果地震剖面中，为强波谷反射特征，波谷之中无任何薄层反射，薄砂岩无法被识别，G井和C井的伽马曲线在此处表现为低值，但在全叠加地震剖面中该相应位置地震特征为强波峰，并未对该薄地层有任何地震响应，说明有明显的地层存在，隐蔽河道无法被刻画。而新处理地震成果剖面则与之相反，不仅在两口井所处位置对应该薄地层有明显的地震反射，而且在井间也有良好的连续响应，说明该地层横向展布有一定规模，可预测性增强 [22] [23] [24]。只是在全叠加剖面中无识别，但在新成果剖面中则可明显出现反射波峰存在，地震反射和伽马曲线的表现十分吻合，结论十分可靠。由均方根振幅属性平面图可以看出处理后河道能够被清晰识别和刻画，平面展布特征异常清晰，效果明显好于处理前。以上实例分析可见，本文所述技术方法的可靠性。
Figure 9. Original seismic profile, 0~20 degree stack profile after processing, and comparison of RMS attribute of JS33-3 sand formation reflection layer
图9. JS33-3砂组反射层原始地震剖面、处理后0~20度叠加剖面、均方根属性对比图
6. 结论
1) 全叠加地震资料在岩性解释等相关研究工作中存在先天局限性，直接影响了储层预测及河道刻画的精度。而叠前技术，由于保留了地震随炮检距变化的诸多有用信息，能够在一定程度上解决部分问题。
2) 采用道集切除、SVD去噪等处理技术流程能够获得高品质的道集剖面资料，针对实际情况而采取的舍弃远角度地震信息，而使用高质量的近、中偏移距道集资料进行部分叠加，其成像质量较高，在薄层识别、岩性体边界落实、河道刻画等方面，效果优于纯叠后资料。
3) 该技术方法在HXC-FG地区沙溪庙组隐蔽河道刻画领域的实际应用证明了其技术的有效性，实际中针对不同目的层不同岩性的问题可能采取的优选道集角度也不同，需要具体情况具体分析，采取相应的灵活措施。当然该方法也存在一些问题，需要在今后的研究实践中不断完善。