費(fèi)建博,楊子川

(中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆烏魯木齊830011)

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雙界面匹配一體化速度建模技術(shù)研究與應(yīng)用
——以天山南山前帶陽霞區(qū)塊為例

費(fèi)建博,楊子川

(中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆烏魯木齊830011)

為了消除山前帶復(fù)雜地表對速度分析與建模以及偏移成像的影響，基于平滑地表面和初至波反演底界面兩個關(guān)鍵參考面，提出了雙界面匹配的一體化速度建模技術(shù)。該方法通過表層模型驅(qū)動的道間時差校正與起伏地表偏移結(jié)合，消除了復(fù)雜地表引起的高低頻道間時差；通過時間域淺中深層速度融合，實(shí)現(xiàn)深度域一體化速度初始建模；采用地質(zhì)模式約束的沿層層析、網(wǎng)格層析修正速度模型并結(jié)合起伏地表深度偏移逐步提高速度模型精度。將該方法應(yīng)用于天山南山前帶陽霞區(qū)塊實(shí)際地震資料處理，整體上提高了偏移成像質(zhì)量，尤其是陽霞構(gòu)造的成像效果得到明顯提升。

表層模型驅(qū)動;道間時差校正;雙界面匹配;速度建模;起伏地表偏移

近地表復(fù)雜是山前帶構(gòu)造成像困難的根本原因。地表起伏、高速巖層出露及近地表橫向速度變化使得地震波傳播路徑異常復(fù)雜,導(dǎo)致地震資料信噪比低且道間時差劇烈變化[1],基于水平層狀假設(shè)的常規(guī)地震資料處理方法無法達(dá)到精確成像的目標(biāo)。許多學(xué)者拓展固定基準(zhǔn)面概念,研究了基于浮動基準(zhǔn)面的靜校正[2-3]、速度反演建模[4-5]和疊前成像理論、方法[6-7],但當(dāng)表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,如折射初至為多層或無層序化時,基于單一參考基準(zhǔn)面的折射法靜校正和層析靜校正的解存在不確定性,難以解決復(fù)雜地表區(qū)的時差校正和速度分析與建模問題。為了解決上述問題,學(xué)者們探索研究了更為復(fù)雜的基準(zhǔn)面和多參考基準(zhǔn)面理論、方法[8-10],基于曲時面的初至擬合迭代靜校正、基于空變基準(zhǔn)面和替換速度“雙變基準(zhǔn)面”的自適應(yīng)校正以及處理解釋一體化的“地震工作面”等技術(shù)研究取得較大進(jìn)展[11]。本文選擇平滑地表面和初至波反演底界面兩個參考面,控制近地表結(jié)構(gòu)和速度模型,建立表層道間時差校正、速度建模和起伏地表偏移成像統(tǒng)一參考面,實(shí)現(xiàn)一體化速度分析與建模。

1　雙界面的定義與選取

天山南山前帶陽霞區(qū)塊處于塔里木盆地庫車坳陷南部平緩背斜帶,地表?xiàng)l件極為復(fù)雜,地下高陡構(gòu)造發(fā)育,地震資料品質(zhì)差,構(gòu)造成像困難。根據(jù)該區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在多個參考面(圖1)中選取平滑地表面和初至波反演底界面兩個參考面,形成靜校正基準(zhǔn)面、速度分析面、疊加偏移面和速度建場面的“多面”統(tǒng)一,以適應(yīng)表層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,實(shí)現(xiàn)時差校正、速度分析和成像一體化處理。

圖1　復(fù)雜地表參考面

平滑地表面的選取原則為,與地表高程形態(tài)一致,界面平滑無突跳,通過平滑地表能去除高程的快速變化造成的高頻道間時差。圖2對比了不同尺度的平滑地表面,可以看出,與平滑長度為3000m和600m的地表面相比,平滑長度為1000m的地表面與地表高程形態(tài)一致,并且過濾了地表高程的突跳。

圖2　不同平滑長度地表面對比

初至波反演底界面是一體化速度建模中淺層速度與中深層速度對接面,介于射線密度底界與高速頂界面之間(圖3)。其中射線密度底界為每個網(wǎng)格內(nèi)穿過的射線條數(shù)橫向穩(wěn)定的界面,通常該界面以上的速度較為準(zhǔn)確,高速頂界面以上的速度存在橫向突變,需要進(jìn)行小尺度平滑。因此初至波反演底界面在這兩者之間選取比較合理,并且應(yīng)該避免速度橫向突跳,選擇橫向變化穩(wěn)定的界面。

圖3　初至波反演底界面的選取

本文基于雙界面匹配的時差校正技術(shù)解決基于射線追蹤的反射波層析反演無法解決的高頻靜校正問題,同時使得原始道集數(shù)據(jù)、速度譜起點(diǎn)和近地表速度保持一致;通過射線密度確定初至波反演底界范圍,通過淺層速度轉(zhuǎn)換疊加速度來檢驗(yàn)淺層模型的準(zhǔn)確性以及反演底界面的可靠性。

2　表層模型驅(qū)動的道間時差校正

基于雙界面匹配的表層模型驅(qū)動的道間時差校正技術(shù)采用小尺度平滑的淺層速度模型替代替換速度進(jìn)行道間時差量的計算,經(jīng)過校正后的道集與一體化速度模型能夠很好匹配,從而提高射線路徑的計算精度。

設(shè)P點(diǎn)表示地表某觀測點(diǎn)(圖1),td表示將P點(diǎn)從地表“下剝”至初至波反演底界面的時間,tu表示將P點(diǎn)從初至波反演底界面以平滑后的淺層速度模型“回填”到平滑地表面,再以替換速度“回填”到基準(zhǔn)面的時間,則P點(diǎn)的固定基準(zhǔn)面道間時差量為:

(1)

其中,

(2)

(3)

式中:H1表示從地表到初至波反演底界的厚度;v1為初至波反演的淺層速度;H2表示從初至波反演底界到地表平滑面的厚度;v2為平滑后的淺層速度;H3為平滑地表面到固定基準(zhǔn)面的厚度;vr為替換速度。

對于任意CDP點(diǎn),最終道間時差t的計算公式如下:

t=ts+tr-2H4/vr

(4)

式中:ts為炮點(diǎn)道間時差;tr為檢波點(diǎn)道間時差;H4為CDP點(diǎn)到固定面的距離。

需對淺表層速度模型進(jìn)行適度平滑,以消除速度橫向突變產(chǎn)生的毛刺現(xiàn)象,使速度趨勢變化更為合理。模型平滑的程度只涉及高頻道間時差,低頻道間時差校正將在深度偏移中解決。

在陽霞二維工區(qū)開展了表層模型驅(qū)動的道間時差校正技術(shù)應(yīng)用,結(jié)果表明,表層模型驅(qū)動的道間時差基準(zhǔn)面校正量與常規(guī)靜校正量存在低頻差異,其主要與淺層速度橫向變化的形態(tài)相關(guān)(圖4)。本文通過淺中深層一體化速度建模以及深度偏移成像來解決這部分低頻時差校正問題。圖5對比了常規(guī)靜校正與模型驅(qū)動的道間時差校正疊加剖面對比,后者的成像效果要好于前者,尤其是在高程變化較大、地下構(gòu)造比較復(fù)雜的區(qū)域。

圖4　表層模型驅(qū)動的道間時差校正量與常規(guī)靜校正量對比

圖5　常規(guī)靜校正(a)與表層模型驅(qū)動的道間時差校正(b)疊加剖面對比

3　雙界面匹配一體化速度建模

首先基于地表面與初至波反演底界面匹配進(jìn)行淺中層一體化速度建模,由信噪比較高的初至波反演得到淺層模型,提高淺層速度模型的精度;然后通過淺中深層速度對接建立初始一體化速度模型；最后通過基于反射波的模型層析與網(wǎng)格層析得到高精度一體化速度。

3.1表層速度反演建模

利用初至波進(jìn)行層析反演時,將小折射層析解釋結(jié)果作為極淺近地表模型,并作為約束條件與旅行時殘差一起構(gòu)成目標(biāo)函數(shù),彌補(bǔ)了只用大炮初至進(jìn)行層析反演時丟失精細(xì)淺層速度信息的缺陷。經(jīng)過約束反演得到精度較高的表層速度模型,如圖6 所示。

圖6　無約束層析反演(a)與約束層析反演(b)表層速度對比

3.2時間域淺中深層速度融合一體化初始建模

3.2.1疊加速度融合

將初至波反演底界面以上的淺層速度模型通過DIX公式轉(zhuǎn)換為疊加速度,與中深層疊加速度對接,得到一體化疊加速度對,通過彎曲射線疊前時間偏移、約束速度反演與剩余速度拾取迭代獲得較為準(zhǔn)確的時間域?qū)铀俣?將時間域模型比例到深度域,便得到了初始中深層速度模型。

圖7展示了陽霞工區(qū)N148線的疊加速度對接情況。左側(cè)的CMP道集位于山前沉積帶,在300～1100ms范圍內(nèi),有高信噪比的反射波,也是初至波層析反演的探測范圍,兩者非常吻合，說明射線密度底界以上的速度是可靠的,也說明由約束初至反演得到的淺層速度與通過拾取反射波雙曲線得到的速度具有相同性質(zhì),是可以互換和相互融合的;中間CMP道集信噪比相對較低,但在初至波和反射波共同的探測范圍內(nèi),兩者也是吻合的;右側(cè)CMP道集來自山體部位,淺層幾乎看不到有效的反射信息,但初至波層析反演仍然能夠得到可靠的速度信息,也就是說,針對低信噪比資料,初至波層析反演可以有效補(bǔ)充淺層速度信息,為一體化速度模型提供淺層速度場。

圖7　疊加速度對接

3.2.2層速度體對接

通過疊加速度對接建立了一體化速度對,但由于無法做到逐點(diǎn)對接,造成淺層速度橫向分辨率較低,因此需要進(jìn)行層速度體的對接。采用約束反演方法將一體化速度對轉(zhuǎn)化為時間域?qū)铀俣?在疊前時間偏移剖面上解釋時間層位,進(jìn)行速度抽取、比例、填充,最終得到初始深度域?qū)铀俣取Ｒ缘乇砥交鏋轫?初至波反演底界面為底,將初至波反演的淺層速度模型與初始深度域?qū)铀俣冗M(jìn)行對接,得到初始一體化速度模型(圖8)。通過疊加速度對接,在層速度對接中不會產(chǎn)生速度反轉(zhuǎn)的問題。

3.3迭代優(yōu)化

初始一體化速度模型中,通過多信息約束所得到的淺層速度比較準(zhǔn)確,因此速度模型修正只對中深層速度進(jìn)行。針對山地地區(qū)地震速度橫向變化較大的特點(diǎn),結(jié)合已知地質(zhì)模式,采用遞進(jìn)式的模型修正技術(shù)進(jìn)行速度模型的迭代優(yōu)化,即分別進(jìn)行基于地質(zhì)模式約束的沿層層析、網(wǎng)格層析修正速度模型,結(jié)合起伏地表深度偏移迭代逐步提高速度模型精度,得到最終的深度域?qū)铀俣饶Ｐ?圖9)。

圖8　層速度體對接

圖9　迭代優(yōu)化后的深度域?qū)铀俣饶Ｐ?/p>

4　起伏地表深度偏移與效果分析

一體化速度建模為起伏地表偏移提供了準(zhǔn)確的速度模型,但表層模型驅(qū)動的道間時差校正后道集在一個CDP內(nèi)炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)在同一條水平線上,這顯然無法與起伏地表偏移相匹配。為此,在計算射線追蹤旅行時時,將炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)放到真實(shí)的地表高程上(平滑后),從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的起伏地表偏移(圖10)。

實(shí)際偏移成像中,偏移孔徑較小時簡單構(gòu)造成像較好,但陡構(gòu)造難以準(zhǔn)確成像;偏移孔徑較大時,陡構(gòu)造的成像有明顯改善,但簡單構(gòu)造會出現(xiàn)反射波同相軸連續(xù)性變差、信噪比變低的現(xiàn)象。陽霞區(qū)塊北部山地構(gòu)造復(fù)雜,通過測試對比,我們采用較大孔徑(8000m)進(jìn)行偏移成像(圖11)。

利用表層模型驅(qū)動的道間時差校正、雙界面匹配一體化速度建模以及起伏地表疊前深度偏移技術(shù)對天山南陽霞山前帶二維資料進(jìn)行處理,得到的陽霞構(gòu)造成像清晰,同相軸連續(xù)性較好(圖12),對斷層刻畫較為清楚和合理,繞射波收斂好,層內(nèi)弱反射連續(xù)性強(qiáng),聚焦更集中,利于地質(zhì)構(gòu)造的合理解釋(圖13)。通過上述方法的應(yīng)用,整體上提高了該區(qū)地震偏移成像的質(zhì)量,尤其是陽霞構(gòu)造的成像效果得到明顯的提升。

圖10　偏移前(a)及偏移時(b)道集對應(yīng)的炮點(diǎn)-檢波點(diǎn)高程

圖11　不同偏移孔徑成像效果比較a 8000m; b 6000m; c 4000m

圖12　本文方法(a)與常規(guī)深度偏移(b)結(jié)果對比一

圖13　本文方法(a)與常規(guī)深度偏移(b)結(jié)果對比二

5　結(jié)束語

本文利用表層模型驅(qū)動的道間時差校正技術(shù)解決了道間時差校正后道集與表層速度模型不匹配的問題,利用雙界面匹配一體化速度建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了淺層與中深層速度的無縫對接,利用起伏地表偏移提高了天山南山前帶陽霞區(qū)塊的成像質(zhì)量和可靠性。其中地表平滑面與初至波反演底界面的選擇至關(guān)重要,地表平滑面應(yīng)該遵循與地表高程形態(tài)一致、界面相對平滑無突跳的原則;初至波反演底界面應(yīng)該選擇射線密度底界面與高速頂界面之間橫向變化較為穩(wěn)定的面。

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(編輯：戴春秋)

Double interfaces matching integrated velocity model building and its application to Yangxia area at the piedmont zone in the South of Tianshan Mountain

FEI Jianbo,YANG Zichuan

(Exploration&DevelopmentResearchInstitute,SINOPECNorthwestOilfieldBranchCompany,Urumqi830011,China)

Abstract: In order to remove the influence of complex near surface conditions on velocity model building and imaging,based on two key reference interfaces including smoothing ground surface and first break inversion bottom,a double interfaces matching integrated velocity model building technique is proposed.By combining surface model-driven static correction between traces with irregular topography migration,the moveouts between high-frequency and low-frequency traces caused by complex surface is removed.By merging the velocities of shallow,middle and deep layers in time domain,the integrated velocity initial modeling in depth domain is achieved.By applying geological pattern constraint layered tomography and grid tomography,the velocity model is modified,and its precision is gradually enhanced combing with irregular topography depth migration.The technique is applied on the actual seismic data processing to Yangxia area at the piedmont zone in the South of Tianshan Mountain,and the imaging quality is significantly improved.

surface model driven,static correction between traces,double interfaces matching,velocity model building,irregular topography migration

2015-12-19;改回日期：2016-05-29。

費(fèi)建博(1981—),男,工程師,碩士,現(xiàn)從事地震資料成像技術(shù)研究工作。

中國石油化工股份有限公司西北油田分公司科研項(xiàng)目(XB05KJ201407)資助。

P631

A

1000-1441(2016)04-0533-07DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2016.04.008

This research is financially supported by Science Project of Sinopec Northwest Oilfield Branch Company (Grant No.XB05KJ201407).