(中國尤氏大學(華東)地球科學與技術學院，山東青島266555)
基金項目:國家863項目(2009AA06Z206)和中國尤氏大學(華東)研究生創新工程重點項目。
作者簡介:秦寧，女，在讀博士生，主要從事偏移速度分析、層析反演和波形反演。郵箱:geoqin@163.com .
摘要:隨著世界經濟對油氣資源需求的不斷增加，碳酸鹽巖儲層的勘探開發逐漸被提上研究日程。復雜地表、地下復雜陡峻構造、極深目標反射體和復雜儲層是碳酸鹽巖地震勘探面臨的主要地震地質問題。這些特點使得基於水平層狀介質假設的適用於碎屑巖的常規處理方法的精度受到限制。疊前深度偏移成像技術是提高海相碳酸鹽巖地區地震資料質量，提高深層復雜構造和巖性成像精度的有效技術。為了在碳酸鹽巖勘探區實現精確的疊前深度偏移成像，有必要研究相應的速度分析方法。本文提出了成像道集的層析速度分析方法。利用波動方程雙平方根算子疊前深度偏移提取的角域* * *成像點道集作為速度分析道集，基於自動擬合方法拾取深度殘差並轉換為旅行時。壹方面，角道集可以更準確地反映速度與深度的耦合關系，減少偽影的幹擾，因此由它們得到的旅行時差更準確；另壹方面，該方法對應的射線追蹤正演正好可以將層析成像中的復雜反射分解為向上和向下兩種透射，簡化了問題，提高了靈敏度矩陣的計算效率和精度，使速度分析結果更加準確。地震地質模型和海相碳酸鹽巖實際資料的試算結果表明，該方法得到的深度域速度場準確，層位界面深度誤差小，質量較好的疊前偏移結果可以解決海相碳酸鹽巖勘探區的速度分析問題，但低信噪比的疊前偏移數據會對層析反演的精度產生較大影響。
關鍵詞:海相碳酸鹽巖；旅行時間色譜法；速度分析；角度聚集；靈敏度矩陣
海相碳酸鹽巖勘探區基於圖像道集的層析成像速度分析
秦寧、李振春、楊曉東、張凱
(中國石油大學地球科學學院，青島266555)
隨著世界經濟發展對油氣資源需求的增加，碳酸鹽巖儲層的勘探和開發成為研究熱點。海相碳酸鹽巖勘探區的主要地震地質問題是近地表崎嶇不平、復雜陡峻的地下構造、深層目的反射層、復雜儲層等，這使得應用於碎屑巖區的水平層狀介質假設下的常規處理方法無能為力。疊前深度偏移是提高海相碳酸鹽巖地區復雜構造地震資料質量和成像精度的有效技術。為了在碳酸鹽巖地區實現準確的疊前深度偏移，必須首先研究相應的速度分析方法。本文提出了壹種基於圖像道集的層析成像速度分析方法，該方法利用帶波動方程雙平方根算子的疊前深度偏移的角度域共成像道集作為速度分析的道集，通過自動擬合的方法由深度殘差得到旅行時殘差。壹方面，ADCIGs能準確反映速度與深度的耦合關系，幾乎沒有偽影，走時殘差精度高。另壹方面，在相應的射線追蹤方法中，可以將復雜的反射分解為向上和向下的透射，從而簡化了正演問題，提高了靈敏度矩陣計算的效率和精度，使得速度分析的結果精度更高。通過海相碳酸鹽巖地區地震地質合成數據集和實際數據集的實例，說明該方法反演的速度場具有準確的速度值和界面深度，產生了高質量的疊前深度偏移結果。該方法可以解決海相碳酸鹽巖勘探區的速度問題，但低信噪比的疊前地震資料會影響層析成像速度分析的精度。
關鍵詞:海相碳酸鹽；旅行時間層析成像；速度分析；角度域共成像道集；靈敏度矩陣
介紹
隨著世界經濟的快速發展，常規勘探開發已不能滿足日益增長的油氣需求，人們把目光投向了非常規油氣藏。近年來，海相碳酸鹽巖油氣勘探逐漸被提上研究日程。總的來說，復雜地表、復雜地下和陡構造、極深目標反射體和復雜儲層是碳酸鹽巖地震勘探面臨的主要地震地質問題。這些特點使得基於水平層狀假設的適用於碎屑巖的常規處理方法的準確性受到限制。地震疊前成像技術是提高海相碳酸鹽巖地區地震資料質量，提高深層復雜構造和巖性成像精度的有效技術。疊前偏移方法對速度場非常敏感，需要準確的速度信息才能獲得反映真實地下結構的理想成像結果。因此，如何合理有效地獲得高精度的偏移速度場成為解決海相碳酸鹽巖地區地震勘探的關鍵問題。
目前，基於射線理論的走時層析成像是工業上應用最廣泛的精細速度建模工具。常規的走時層析成像主要是基於炮集或CMP道集獲得的走時來更新速度場，在資料質量較差的情況下無法區分反射同相軸，帶來較大誤差，導致反演結果不準確。然而，基於CRP道集或CIP道集的走時層析成像在射線追蹤正演模擬中需要考慮復雜的反射問題。當初始模型嚴重偏離真實模型時，需要更多的叠代。本文提出了壹種角度域* * *成像點道集(簡稱ADCIGS)層析速度分析方法，該方法可將層析成像中的復雜反射分解為向上和向下兩種透射，深度偏移後得到角度道集，可準確反映速度與深度的耦合關系，減少偽影幹擾等。，所以得到的旅行時差更準確可靠，反演結果更準確，可以更好。
1法原理
1.1旅行時間層析成像
地震走時層析成像的線性方程可以表示如下:
非常規油氣勘探與開發國際會議論文集(青島)
其中:L是靈敏度矩陣，其中的元素對應於網格中射線的射線路徑長度；δ t是旅行時間差向量；δ s是要反演的慢度更新，用於更新速度場。
從公式(1)可以看出，利用走時層析成像更新速度場的關鍵在於靈敏度矩陣的確定和走時差的計算。靈敏度矩陣的確定通過高效的射線追蹤正演模擬獲得，其矩陣元素aij表示第J個網格中第I條射線的射線路徑長度。確定旅行時差有兩種方法:直接法和間接法。直接方法是將炮集或共中心點道集拾取的旅行時與相應射線追蹤的旅行時進行比較，得到旅行時差；間接法是通過深度殘差轉換獲得旅行時差。然後沿射線路徑反投影旅行時差得到慢度更新，從而更新速度。
1.2旅行時差的計算
本文采用自動擬合和人工控制相結合的方法提取角道集的深度殘差。限於篇幅，這裏就不詳細介紹了。在角度域的* * *成像點道集上，拾取每個* * *成像點的深度殘差，然後轉換成旅行時差。其中，深度殘差與旅行時差的轉換關系如圖1所示。
圖1旅行時差δ T與深度殘差δ Z轉換關系示意圖
如圖1所示，由於界面位置的變化，射線發生變化(即真實射線變為新射線)，多出來的路徑長度δ L = A1+A2，由此產生的旅行時差δ T = δ L s .根據圖1所示的幾何關系，不難得到
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將公式(3)代入公式(2)，我們可以得到
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那麽旅行時差和深度殘差之間的轉換關系是:
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其中:δt為旅行時差；δ z是深度殘差；s是成像點的慢度值；α是反射層的傾斜角；β為射線入射角，對應於角度域成像點道集的角度。
1.3射線追蹤和靈敏度矩陣的計算
旅行時層析成像壹般采用簡單高效的射線追蹤方法計算靈敏度矩陣。本文提出的層析速度分析方法要求射線追蹤的每條射線方向必須對應角度域* * *內成像點道集的角度，反射可分解為向上和向下兩種透射，不考慮復雜的反射問題，在壹定程度上降低了射線追蹤的難度，提高了靈敏度矩陣的計算精度。因此，基於角度域成像點道集的速度層析成像優於基於其他道集的速度層析成像是壹個重要方面。
本文采用壹種精確而有效的射線追蹤方法——恒速梯度法(甘蘭，1985)來獲得靈敏度矩陣。在模型參數化過程中，采用矩形網格劃分速度場。然後根據角道集的局部角度和反射層的傾角確定射線追蹤的角度。從角道集對應的成像點開始，按照射線的入射角和固定的步長進行射線追蹤。最後累加第j個網格中第I條射線的步長，得到其矩陣元素lij。射線追蹤步長可以根據靈敏度矩陣的精度要求手動選擇，具有很大的靈活性，可以提高計算效率。
1.4走時層析反演的實現方法
本文研究的海相碳酸鹽巖成像道集速度分析的實現過程包括以下步驟:
(1)初速度模型的建立。利用疊加速度轉換成的層速度進行疊前深度偏移，在偏移剖面上得到層位界面，加上海相碳酸鹽巖勘探區實際地震和地質特征的約束，生成層析成像的初始速度場。
(2)獲得靈敏度矩陣和旅行時差。基於層析成像的初始速度場，通過射線追蹤正演模擬得到角度域成像點道集對應的靈敏度矩陣；根據資料的實際情況，按壹定的角度範圍提取成像道集(ADCIGs)，拾取各層位的深度殘差，轉換成旅行時差。
(3)利用正則化和先驗信息的色譜反演。利用得到的旅行時差和靈敏度矩陣，根據公式(1)建立反演方程，通過加入正則化和先驗信息反演慢度更新，從而更新速度。
(4)利用速度分析準則確定是否叠代。根據角度域* * *(即旅行時差是否接近零)成像點道集上同相軸的平坦程度和速度的精度要求，決定是否進行下壹次叠代。如果需要繼續叠代，則返回第壹步重復此過程，如果已經滿足精度要求，則退出循環。速度叠代更新完成後，進行誤差分析和靈敏度分析。實現步驟如圖2所示。
圖2海相碳酸鹽成像道集速度分析流程圖。
2模型和實際數據試算
2.1地震地質模型試算
以下是典型地震地質模型的層析反演處理結果。該模型覆蓋了許多復雜的地質體，包括高陡逆沖斷裂、各種高速體(如火山巖)和許多小斷塊的連接。該模型采用常規速度分析得到的層速度場作為偏移的初始速度場，層析速度分析采用80個* * *成像點，角度域采用36個角度采集* * *成像點(角度範圍0 ~ 35，角度區間1)。圖3顯示了初始疊前深度偏移剖面和建立的層析成像初始速度場。圖4示出了初始角道集和層析成像後的角道集之間的比較，可以看出層析成像後的角道集的平坦性更好。圖5示出了斷層攝影更新之後的速度場及其對應的疊前深度偏移剖面。圖6顯示了x = 6010m處的初始層析速度、反演速度和真實速度的對比。從圖5(a)可以看出，除了左邊界的逆沖斷層薄層和上覆巖層中的極薄層外，其他位置的構造都可以明顯反轉；從圖5(b)可以看出，反射界面已經基本回到正確的位置，成像效果良好。得到的層析速度場與該區地質條件基本壹致，精度較高，為後續處理解釋提供了良好的前提條件。
2.2海相碳酸鹽巖勘探區實際資料的試處理
以下是某海相碳酸鹽巖勘探區實際資料的層析反演處理結果。該資料速度變化大(3000 ~ 6500米/秒)，目的層埋藏深，資料信噪比低。在層析速度分析中，使用了80個* * *成像點，在角度域* * *成像點的采集中使用了39個角度(角度範圍0 ~ 38，角度間隔1)。圖7顯示了初始疊前深度偏移剖面和建立的層析成像初始速度場。圖8示出了初始角聚集和層析成像後的角聚集之間的比較。可以看出，層析成像後的角道集具有更好的連續性和更準確的界面位置。圖9示出了層析成像後的速度場及其疊前深度偏移剖面。可以看出，更新後的速度場中的速度值和速度界面更加真實，由此得到的疊前深度偏移剖面中的界面得到了很好的回歸。但由於這種方法受資料信噪比影響較大，反演結果的精度低於理論模型，有待今後改進和完善。
圖3疊前深度偏移剖面(a)和由此建立的層析成像初始速度場(b)。
圖4初始角道集(a)和層析成像更新角道集(b)
圖5層析成像更新後的速度場(a)和疊前深度偏移剖面(b)。
圖6 x = 6010m處初速度、色譜更新速度和真實速度對比。
圖7疊前深度偏移剖面(a)和由此建立的層析成像初始速度場(b)。
圖8初始角道集(a)和斷層攝影更新角道集(b)
圖9層析成像更新後的速度場(a)和疊前深度偏移剖面(b)。
3結論
海相碳酸鹽巖成像道集的速度分析可以準確反映速度與深度的耦合關系，減少虛假圖像的幹擾。與其他道集層析成像反演方法相比，該方法得到的旅行時差更準確，從而使速度反演更準確。另壹個優點是在光線追跡的過程中，不需要考慮復雜的反射問題，因此可以使用快速準確的光線追跡方法。模型試算和實際資料結果表明，該方法速度反演精度高，計算速度快，獲得了良好的疊前偏移結果，可以很好地解決海相碳酸鹽巖勘探區的速度分析問題，但低信噪比的疊前偏移數據會對層析反演的精度產生較大影響。
參考
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