琼东南盆地为南海北部新生代弧后被动大陆边缘型盆地，其形成和演化受南海周边板块的区域构造应力场和多期岩浆活动控制，经历了从古近系早期裂陷—断坳到新近系的裂后热沉降的演化过程，形成了一个“下断上坳，先陆后海”的叠合性盆地(图 1)。深水区主要位于盆地中央坳陷带水深300~3 000 m的区域，涉及乐东凹陷、陵水凹陷、松南凹陷、宝岛凹陷、北礁凹陷及长昌凹陷共6大凹陷。该区断裂及岩浆活动发育，地层结构横向变化剧烈，储层类型多样。现今地貌发育陆架、陆坡、陆隆，陆坡附近海沟发育，局部海底崎岖。

图  1  琼东南盆地深水区构造区划及工区位置图

Figure 1.  Tectonic map for deep water area of Qiongdongnan Basin

该地区地震资料不仅受采集因素造成的品质差异和原始资料信噪比低影响，还受到复杂的地质、地貌条件影响，使得该区地震资料具有以下特有的问题：

(1) 地质条件复杂，造成中深层成像困难。中深层沉积层之间波阻抗差异小，多次波发育，深部地层岩浆及热流体活动、复杂断裂等使得中深层反射信噪比低，有效信号提取困难，成像较差。

(2) 水深变化大，地层速度横向差异大，钻井少，使得速度规律认识不清，速度建模困难。琼东南盆地受地质、地貌条件以及采集等因素的影响，既具有一般深水区域的速度特征，也具有诸如层速度倒转等独特的特征。主要有各向异性明显、速度变化敏感、噪音干扰严重、照明分布不均等特征，尤其受速度敏感、各向异性显著的影响，常规分析方法存在困难^{[1, 2]}。

(3) 受崎岖海底、坡折等特殊深水地貌影响，多次波发育类型多、周期变化大，干扰强的特征造成原始资料目的层、中深层有效反射信号基本淹没在多次波干扰中^[3]。

本文三维叠前深度偏移(PSDM)连片处理共包含深水区中央坳陷带5个三维区块，面积高达7 200 km²。由于多个年份采集，观测系统、枪缆沉放深度、汽枪容量等存在差别，导致原始地震资料品质存在差异，因此需要从叠前开展匹配处理。叠前匹配技术是以子波匹配为核心，解决各区块间的时差、能量、频率、相位差异等问题^{[4, 5]}。首先，对不同资料的震源信号进行子波调查或模拟，并进行一致性子波整形处理，以保证相位的一致性；其次，对不同工区进行海平面、潮汐和水速校正，解决采集、潮汐和水速变化等因素带来的时差，并统一海水基准面；再次，通过振幅的匹配处理，利用地表一致性振幅补偿，消除能量差异，使得剖面振幅变化较真实地反映地下能量分布，解决连片处理前各个区块资料能量不匹配问题；最后，利用面元均一化技术^[6]，重新定义面元网格大小及方位角等，形成统一网格下的综合数据体。

图 2是5块三维资料能量匹配处理前后对比剖面，可以看出能量匹配处理后消除了不同三维原始资料的能量差异，更好地反映了有效地质信息。

图  2  振幅匹配处理前后叠加剖面对比

Figure 2.  Comparison of stack sections before and after matching processing of amplitude

研究区海水深度变化大，范围200~2 400 m，局部存在坡折带及崎岖海底，多次波非常发育，中深层信噪比很低。本区海底多次波的周期长、能量强，不仅是单一海底界面的多次波，而是海底附近一套地层的多次反射。同时，海底崎岖不平导致了较强的绕射多次波。由于本区多次波类型多而且复杂，没有一种多次波衰减技术可以有效压制所有多次波，因此，需要针对深水区多次波成因、类型和发育特征，充分发挥各种多次波压制技术的优势^{[7, 8]}，试验组合多次波压制流程，达到去伪存真，突出有效反射的目的。

考虑研究区地质条件和多次波特点，笔者首先选择基于波场外推理论的三维SRME技术^[9]。该技术应用在本研究区具有以下优势：①研究区虽然水深较大，但局部变化小，可以求得相对准确的反射系数体；②该方法与褶积法相比能够适应任意观测系统，不受炮检点位置的约束；③选择合理的参数，如频率范围、地层倾角大小、外推半径等，可以显著提高计算效率。经多次试验，本文选择频率60 Hz，地层倾角70°。外推半径越大，多次波预测越准确，但显著影响计算效率。考虑到多次波模型效果和计算效率，对比了12、15和17 km外推半径下的预测结果，综合认为15 km参数较为合理，既兼顾多次波压制效果又可以兼顾运算效率(图 3)。对比三维SRME压制多次波前后的道集可以看出，三维SRME压制了大部分连续的多次波，尤其是近道多次波(图 4a、4b)。

图  3  三维SRME外推半径参数对比

Figure 3.  Comparison of the extrapolated radius parameters in 3-D SRME

图  4  组合多次波压制前后道集对比

Figure 4.  Comparison of NMO gathers before and after multiple elimination

由于远道信息的缺失与畸变，经过三维SRME后的资料在中、远道仍然存在剩余多次波，速度谱上可以看出串珠状的多次波能量团，大量一次波信息淹没在多次波之中(图 5a)。高分辨率Radon方法运用一次波和多次波之间动校正时差，在Tau-p域进行多次波与一次波的分离，并运用高分辨率Radon滤波方法压制多次波，可以较好压制中、远道剩余多次波^{[10, 11]}。高分辨率Radon变换多次波压制效果好坏的另一个关键是一次波速度的求取，通常使用SRME之后资料拾取的速度作为初始速度压制部分多次波之后再进行拾取，实际操作时根据有效波与多次波的速度差异调整速度拾取量，使得Radon变换后的能量谱更集中，反复迭代直至得到满意的效果^[12-14]。应用该技术压制多次波后, NMO道集上中、远道多次波明显得到了压制，有效反射信号量突出，速度谱上多次波能量团得到很好消除，基于一次波能量团拾取的速度能把大部分同相轴校平(图 5b)。

图  5  高分辨率Radon变换压制多次波前后动校正道集和速度谱对比

Figure 5.  Comparison of NMO correction gathers and velocity spectrum before and after multiple elimination by high resolution Radon transform

经过三维SRME和高分辨率Radon变换后衰减了大部分多次波，获得了较好的压制效果, 但由于崎岖海底、异常强阻抗体等不规则反射界面的存在，剩余绕射多次波等不能得到彻底衰减，中深层仍有少量剩余多次波，表现出频率高、连续性差、与有效波倾角差异大的特征(图 4c)。根据剩余多次波与有效波在倾角、频率、振幅上的差异，采取分频去噪技术压制剩余多次波。该技术以地层信号模型作为多次波的判定准则，通过地层信号建模和振幅统计，进行地表一致性约束下的振幅迭代分解，基于地层信号模型判断剩余多次波，然后计算比例因子，对多次波进行压制，保留符合地质信号模型的信号^{[15, 16]}。通过分频去噪多次波压制后，剩余多次波得到较好压制，中深层有效信号突出(图 4d)。

在处理过程中结合地质情况，反复试验参数和组合技术流程，对不同类型多次波进行精细的衰减。从组合多次波压制技术前后叠加剖面(图 6)可以看出，运用三维SRME技术在炮集域压制近、中道与自由表面相关的多次波，然后运用高分辨率Radon变换技术在CDP道集衰减中、远道多次波，最后分频去噪压制剩余多次波。组合运用3种多次波压制技术，可以有效压制深水区多次波，突出有效信号，并取得较好的应用效果。

图  6  组合多次波压制前后叠加剖面对比

Figure 6.  Comparison of stack profile before and after the combination of multiple elimination

叠前深度偏移是解决复杂地质体成像的有力工具，其成像质量主要取决于速度模型的精确性和合理性。本区水深变化大，坡折带及崎岖海底发育，下伏地层构造复杂，速度横向变化快，因此需要构建合理的初始模型并进行精细的速度反演和迭代。

地震波在海水中传播速度受温度、水深和盐度等因素的影响，而水层速度的准确求取对下伏地层的成像和构造落实至关重要。通过研究区不同季节、不同水深钻井实时测得的海水速度与深度关系可以看出，海水浅层速度主要受温度影响，不同季节表现不同的速度，表现为非线性变化，速度变化范围1 482~1 520 m/s。随着水深增加，温度降低，海水速度逐渐减小，当水深1 100~1 200 m时水速达到最低(1 482 m/s)；当水深>1 200 m时，速度随水深逐渐增大，速度变化范围较小，为1 482~1 490 m/s(图 7)。

图  7  琼东南盆地深水区钻井实时海水速度与水深关系

Figure 7.  The relationship between real sea-water velocity while drilling and water depth in deep water area of the Qiongdongnan Basin

研究区地层具有下断上坳、早陆晚海的构造—沉积结构特征。通过统计研究区已钻井地层速度和地震速度横向变化情况，该区地层速度具有以下规律：①上中新统莺二段至海底为深海泥岩地层，层速度受地层厚度控制明显，呈明显的线性变化，地层厚度越大层速度越大，速度为1 800~2 400 m/s(图 8a)；黄流组中央峡谷地层速度与地层厚度关系不大(图 8b)，与上覆地层埋深基本为线性变化关系，速度随埋深增大而增大，且速度较上覆深海泥岩的高，为2 600~3 600 m/s(图 8c)。②中新统梅山组到三亚组为深海—半深海环境的沉积地层，除特殊岩性外，地层速度与上覆地层厚度同样表现线性变化规律，速度为2 100~3 000 m/s(图 8d)。③古近系经历了湖相、海陆过渡相到浅海相沉积环境的转变，钻井表明地层埋深厚度变化很大，层速度随地层厚度的增大而增大，有的井段出现地层速度反转。受古近系沉积环境、特殊岩性影响较大，速度为2 390~4 300 m/s。由于深层钻井较少，层速度统计规律不确定性因素大。④基底为明显速度分界面，基底以下出现更高的地层速度^{[17, 18]}。另外，研究区局部发育具有高速特征的岩浆侵入岩和喷出岩，以及相对低速特征的热流底辟等异常体。

图  8  已钻井层速度与地层厚度、上覆地层埋深关系

Figure 8.  The relationship of interval velocity with stratum thickness or depth overlaying of stratum from drilling well

根据深水地层沉积结构和速度变化规律，运用趋势约束法进行初始速度模型建立。首先，精确拾取海底反射时间，依据水速与深度、温度、盐度关系，结合研究区钻井资料，建立变速水层速度—深度模型；其次，选取海底、T30、T60、T100这4个与沉积和速度变化规律相关的界面作为构造速度趋势控制面，并将速度趋势控制作为边界约束条件；再次，根据速度规律认识调整PSTM层速度场，主要通过分析层速度与地层沉积结构变化规律、测井速度趋势等因素约束PSTM层速度场的低频趋势，并调整纵横向速度，使得浅、中深层基本满足区域速度变化规律，以此作为最终初始速度模型。图 9为初始速度场与地震剖面叠合图，可以看出，剔除了人工拾取造成的速度抖动等速度假象，速度场为稳定的低频成分，基本符合速度变化规律，与沉积结构和构造趋势大体吻合，较为合理。

图  9  初始速度场与地震剖面叠合图

Figure 9.  The superimposed map of initial velocity and seismic profile

通常初始速度模型是粗糙的，要得到精确的深度—速度模型，就需要不断调整优化层速度模型，直至每一个共偏移距的成像结果一致并与地质情况吻合最佳，因此，速度模型的更新修正是叠前深度偏移技术的核心^{[19, 20]}。叠前Kirchhoff深度偏移后CRP道集上的深度误差是判断速度模型准确与否的关键，高精度网格层析速度反演^[21-23]就是通过校正CRP道集的深度误差来调整速度模型精度。该方法基于地震射线走时算法，要求在浅层速度满足成像的条件下才能更新下伏地层的速度，否则深层速度将很难收敛，甚至发散。反演过程中采用从低频往高频迭代寻优的全局算子，并利用地质构造约束从浅层到深层逐一进行计算，先反演出区域构造地层格架的低频趋势，然后对局部速度异常、特殊岩体进行更新迭代，得到稳定的符合地质结构的速度模型，最后，通过叠前深度偏移道集同相轴拉平与否及各种控制手段确定最终的层速度模型。考虑到研究区跨度大及速度规律在横向和纵向上的差异，速度更新根据地质情况对参数进行了多次调整测试，共计开展了4次速度迭代反演，以保证更新后的速度及深度域构造形态合理，符合地质认识。图 10为经过层析成像速度修正后的速度体与地震剖面的叠合显示图，可以看出，迭代后速度场增加的高频细节与地层速度和地层结构吻合较好，特殊地质体速度异常刻画较好。

图  10  层析反演迭代后速度场与地震剖面叠合图

Figure 10.  The superimposed map of velocity after grid tomography updated and seismic profile

应用上述三维连片处理技术对琼东南盆地深水区5个三维区块进行了连片处理。从图 11连片处理前后浅部目的层对比剖面可以看出，连片处理后有效地消除了三维区块之间边界效应和结合部位振幅、频率、相位、能量差异等问题，形成了一个完整的相互关系清楚、资料品质统一的三维地震数据体，对于岩性体的刻画更为清晰，顶底包络及尖灭点落实更为精确。

图  11  连片处理前后剖面对比(岩性体)

Figure 11.  Comparison of pre-stack migration profile before and after joint-processing (lithologic body)

图 12为连片处理前后中深层对比剖面，相比较而言，连片处理后凹陷内部中深层成像较连片前改善明显，断层归位合理，断面更加清晰，小断层凸显，中深层反射结构清楚，信噪比提高较明显。基于连片三维地震资料和速度场，对深水区中央坳陷带进行了统一层位解释和成图，重新梳理了断裂体系，进一步明确凹陷结构，在中深层系新发现多个构造，有利地促进了深水区的勘探工作。

图  12  连片处理前后剖面对比(断裂)

Figure 12.  Comparison of pre-stack migration profile before and after joint-processing (faults)

随着勘探的不断深入，海洋油气勘探不断向勘探潜力巨大的深水、深层迈进，地质条件越来越复杂，勘探成本越来越高。成像精度高、保真保幅大连片三维资料是准确获取地质信息，降低勘探风险的关键，因此，不断发展深水三维地震资料处理技术，统一多个年度三维资料品质，是深水区整体油气地质研究和评价的要求，也是充分挖掘勘探成熟区、逐渐探索新区块和实现深水油气持续发展的重要举措。