多信息多技術深度速度建模技術在復雜構造中的應用研究

趙玲芝， 金守利, 王成祥, 曾慶芹

(1.東方地球物理公司 物探技術研究中心，涿州 072750；2.東方地球物理公司 研究院資料處理中心，涿州 072750 )

0 前言

中國西部復雜區是我國的重點油氣勘探區之一，油氣勘探潛力較大；但這些地區近地表復雜，地形起伏劇烈，速度橫向變化大，地下結構也較為復雜，造成常規時間域的成像精度不夠，構造間關系不明確，斷點位置不清晰等問題，給解釋帶來了諸多困難，一時難以確定合理的解釋方案。

為了解決該區復雜構造的成像問題，對目前的成像技術進行了研究，通過研究可知：疊前深度偏移是解決復雜構造成像的有效方法；而疊前時間偏移只能解決速度橫向變化不大的地震資料成像。隨著計算機技術的發展，疊前深度偏移方法也隨之發生了較大地變化：從常規的積分法、單程波到逆時偏移，算法精度在不斷提高；假設條件也從各向同性轉變與地下介質較為吻合的各向異性。但無論成像技術如何變化，都需要偏移速度做支撐。算法的精度越高，對速度模型精度的需求也越大。隨著速度精度的不斷提高，不論何種算法，成像精度也都能夠得到一定的提高，算法精度越高，成像的精度也越高[1-4]。由此可以看出，速度模型的精度是提高和改善復雜構造成像精度的關鍵因素。

特殊的地表及地下構造使得常規疊前時間偏移的成像不能合理解決和描述地質問題：圖1是研究區主測線方向的疊前時間偏移剖面及鉆井信息，黑線描述的鉆井位置，從鉆井信息來看，深層的構造是北傾的，而時間域的成像并非如此?？梢娔康膶拥某上褚膊焕硐?。因此，在該區有必要開展適應復雜構造的高精度的速度建模方法來提高成像的精度。

圖1 工區主測線的疊前時間偏移成像剖面及鉆井信息Fig.1 Old PSTM image section and stratigraphic dip(a)成像剖面；(b)鉆井信息

1 技術方法

解決和提高復雜構造成像精度的有效方法是疊前深度偏移，而影響深度偏移的核心因素是深度域速度模型。

疊前深度偏移速度模型的建立離不開疊前深度偏移的算法，二者之間是相互依賴、多次迭代、逐步求精的關系。我們知道疊前深度偏移的過程主要是沿著繞射曲線軌跡(三維是繞射面)進行加權求和得到該繞射點的成像。實質是將反射同相軸‘反傳播’到其產生反射的位置。其求和表達式如式(1)。

[t=tD(ξ,m,h),m,h]dmdh

(1)

對于每一個炮點、檢波點對，根據層速度V(zi,xi,yi)的變化，可以計算該炮檢距對的旅行時間，并將該時間對應的樣點值作為該成像點求和歸位的樣點值。也就是說：旅行時計算的準確度是影響成像效果的關鍵因素。旅行時的計算不但受偏移速度精度的影響，還與射線傳播路徑的起始位置(偏移基準面)有關。由于實際勘探中地震記錄都是從地表開始激發接收的，因此，在偏移過程中偏移基準面也應該選取在地表，整個過程不需要進行靜校正的應用[5-6]。常規時間偏移要求旅行時曲線要滿足了反射時距曲線是雙曲線的假設，因此要求在一個CMP道集中基準面越平滑越好，這就是時間偏移成像精度難以滿足勘探需求的重要原因之一。

另外，目前疊前深度偏移用于速度迭代的方法是基于成像點道集的反射層析技術，該技術主要是利用成像道集中相同反射同相軸在不同偏移距深度變化量的不同，進行層析并迭代速度的。其主要依據是偏移消除了波的傳播響應，如果速度準確，則道集的同相軸是平的，反之，道集不平。但如果在近地表，反射信息缺失或不足，很難精確描述近地表的速度變化。通過對現有近地表建模技術的研究認為，基于初至層析的近地表反演技術可以有效地利用大炮初至的有用信息，同時，對每一個炮點和檢波點都進行了多次覆蓋，具有較好的統計特性，避免了現有近地表調查技術的局部調查空間插值所引起的誤差；另外，由于單炮排列長度較長，可反演更深的近地表模型。更重要的是，初至記錄時間與地震反射信息是同時采集的，解決了由于采集時間的差異所導致的地下信息的不一致性[7-9]。因此，在疊前深度偏移速度模型的淺表層應該應用大炮初至層析技術來建立近地表速度模型，解決反射速度建模在淺表層的應用不足。

圖2 高精度速度建模技術實現方法Fig.2 The implementation process of high accuracy velocity modeling technique

對于速度模型的中深層，應該充分應用反射信息進行速度建模。目前基于反射信息的速度建模方法可分為兩種：①基于網格的射線追蹤方式(網格層析技術)；②基于地質構造的射線追蹤方式(沿層/構造層析技術)。沿層層析是將地下介質劃分成多套地質層位，對不同的地質層位進行從上到下的迭代；網格層析是將地下網格劃分成不同的網格。二者都是通過射線追蹤并依次建立反演方程進行速度的反演和迭代，最終使得成像速度的解達到最優。

沿層層析方法穩定性較高，能夠描述速度沿層變化的地質特征，反演的速度具有地質含義，且沿地質層位的層析有利于與地震、非地震速度信息結合，根據相關的地質信息對速度進行沿層修改，使得描述的速度與地質信息一致，達到控制速度變化趨勢的目的，但該技術也存在一定的局限性，表現在每個速度單元格的速度在兩層間是垂向不變的、或自上而下有一定的梯度，不能精細刻畫速度的層間變化細節。網格層析速度刻畫的精度較高，但由于網格層析是一個全局優化的過程，受速度變化量及初始速度的影響較大。如果初始速度離真實速度較遠，會引起迭代工作量加大，其中任意一個異常點就會影響整個速度場的變化，所以初始速度場的合理性及可靠性，是影響網格層析結果準確性的重要因素，同時，網格層析每次迭代對速度的修改量也不大，在速度精度較低的情況下，不適宜選用該方法?，F有基于反射信息的速度建模技術均有其自身的適應性和局限性，在速度建模過程中應該優化應用，揚長避短，充分發揮這些技術的優勢，提高速度建模的精度和效率[10-16]。另外，由于復雜構造具有各向異性特征，如果應用各向同性偏移勢必會影響成像的精度和成像位置的準確性，要想提高成像的精度和效果，需要在成像過程引入各向異性的假設和相應的參數場[17-20]。

由上可知，要想得到高精度的深度域成像，就需要配套的、高效的速度建模技術。通過對相關技術的分析和研究，并針對現有成熟技術開展集成創新，形成了基于真地表、多信息、多技術聯合應用的配套速度建模技術，實現方法如圖2所示。

在該技術的實現方法中：通過真地表的數據準備，解決原來將起伏地表靜校正到較大圓滑面上所造成的對成像射線路徑的改變，并為近地表速度的應用創造了條件；通過初至層析近地表速度建模技術的應用，彌補了反射速度建模技術在近地表速度反演的局限性和不足，提高了淺表層的速度精度，解決了淺表層速度不準對深層成像的影響；多信息地質約束的沿層層析技術可以充分利用多種地質信息，對復雜構造的速度進行宏觀控制，通過迭代使得沿層的剩余深度差基本為零，為網格層析提供更加可靠的初始速度場。然后通過網格層析技術的應用和多次迭代，優化速度模型精度，解決沿層層析所引起的層間速度精度不夠的問題；各向異性參數場的求取，為基于各向異性假設的疊前深度偏移創造了條件，使得成像位置更加合理準確，滿足勘探需求。

圖3 目標區多技術、多信息速度建立過程及質控Fig.3 The process and quality control using the new method in the target area

該技術的實施是由地表到地下、由宏觀到微觀、由各向同性到各向異性的速度建模策略。與常規的速度建模是不同的：常規的速度建?；谳^大圓滑面，僅利用反射信息開展沿層層析或/和網格層析，并缺少相應的地質約束，同時由于淺表層反射信息不足會導致反射層析的精度不夠。而在新的速度建模技術過程中真地表偏移基準面的應用，解決了常規基于較大圓滑偏移基準面的應用對地震波場的破壞；初至層析近地表建模技術的應用彌補了淺表層反射層析建模的不足；多種建模技術(反射沿層層析、反射網格層析)有效的聯合應用，取長補短，并充分應用了“地震、非地震、地質” 等多種信息進行約束，可以提高復雜構造速度模型的精度，解決了盲目利用反射信息進行沿層層析或/和網格層析技術的局限性。

2 地質效果

由于研究區地形復雜，地表呈南北走向的條狀山丘，高差450 m左右。地貌主要有山前帶、山地等；近地表因素復雜，北部主要是以第四系山前洪積砂礫層覆蓋，南部是第三系的老地層出露地表，低降速層厚度4 m～44 m，呈現東南薄西北厚的趨勢；高速頂的平均速度在構造頂部高、東西兩翼低。地下構造復雜，斷裂發育。由于前期疊前時間偏移方法的局限性，使得成像剖面位置不準確(圖1，井設計在構造高點，實際鉆井信息顯示在構造的翼部，地下構造有較大的傾角)，因此，有必要在該區開展了高精度速度建模試驗來提高和改善成像的精度。

圖4 疊前時間偏移成像及疊前深度偏移與鉆井信息的對比Fig.4 The comparison with the pre-stack time migration and the pre-stack depth migration using the new velocity，the right figure is the drilling information(a)疊前時間偏移成像；(b)疊前深度偏移；(c)鉆井信息

圖5 目的層位置疊前時間偏移及深度偏移切片對比Fig.5 The slice comparison with the pre-stack depth migration using the new velocity and the pre-stack time migration(a)疊前時間偏移；(b)深度偏移

圖3是在該研究區應用所研究的高精度速度建模方法的實現過程：

首先在真地表數據準備的基礎上，在深度速度模型的淺表層應用初至層析技術建立近地表模型，然后開始應用反射信息建立沿層速度模型，這個過程要求所解釋的沿層地質層位能夠反映工區速度的變化趨勢并能夠與井信息的分層數據相吻合，便于與井速度聯合建模；在此基礎上開展沿層層析的速度迭代，使得迭代后的剩余深度差基本為零，確保速度的宏觀趨勢基本合理；之后再通過網格層析技術的多次迭代來彌補沿層層析層間速度精度不夠的缺陷，達到優化速度精度的目的，同時也解決了道集的剩余深度差問題。在確定了以上速度場的基礎上，開展各向異性參數場的求取和迭代，進一步解決各向同性成像方法由于假設的局限性對成像的影響，達到提高和改善成像精度及成像位置準確度的目的。

通過該技術所建立的速度模型在疊前深度偏移中的應用，使疊前深度偏移成像的地層產狀更加真實可靠，與鉆井信息更加吻合，提高了成像的精度和準確性，基本滿足了勘探需求。

圖4是疊前深度偏移的成像與鉆井信息的對比。通過對比可以看出，應用該方法所得到的地層傾角與鉆井的傾角基本一致，較原來時間域的成像更加真實合理(圖4(a))：原來應用疊前時間偏移所確定的井位位于目的層的構造頂點上，但在深度偏移的剖面上確有一定的偏差——并非在構造高點上，而是在構造的北翼，鉆井的傾角信息也充分證實了深度偏移的正確性和速度模型的合理性。

圖5是目的層位置的切片對比，結合圖4目的層的成像不難看出：目的層的成像在應用新技術后較原來時間域的成像更加更清晰，構造的幅度及高點位置與原有時間域成像相比發生了明顯的改變。而且深度域成像的構造幅度及高、低關系更加明確，能夠滿足了構造研究的需求，可見現有的成像品質明顯好于原來時間域的成像品質。

根據最新的成像結果對目的層進行解釋，所解釋的構造圈閉面積與原有成像的構造圈閉面積存在一定的偏差，構造高點也發生了一定的偏移。地質解釋人員根據最新構造解釋成果在現有新成像的構造高點位置部署了兩口井位，在后期的勘探中均獲得高產工業氣流。

3 結束語

以上研究和應用說明，在地表、地下復雜的工區，有必要開展基于“真地表、多技術、多信息”聯合的配套速度建模技術。真地表偏移基準面的選取可有效解決地表劇烈變化時應用較大圓滑偏移基準面對地震波場的改變，提高旅行時計算的精度；初至層析近地表速度建模技術可獲得高精度的淺表層速度，彌補反射層析技術在該區域應用的不足；多技術、多信息反射建模技術的應用為合理求取反射速度奠定了基礎，各向異性技術的應用使得疊前深度偏移成像位置更加可靠。該技術在實際資料的應用效果也為該區其他成像項目的運行樹立了典范，并在生產中得到推廣應用。