南海西部深水区二维叠前地震成像方法应用研究＊

李 林 黄安敏 李添才 杨平华 李三福 陈剑锋

（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司研究院；2.中海油能源发展采技服公司钻采院地球物理研究所）

南海西部深水区位于琼东南盆地中央坳陷带南部和珠江口盆地西部长昌凹陷及以南地区，第三系沉积巨厚，多凹多凸，地质结构复杂，多期构造叠加造成构造格局横向变化大。该深水区水深变化大（300～3 000 m），东部为西沙海槽的西端，现今水深最大，向西水深逐渐变浅，总体呈东深西浅的变化趋势；局部存在海底崎岖隆起，坡折带地层速度较复杂，且缺少钻井资料，影响了对地层速度变化规律的认识。南海西部深水区地震资料以二维为主，中深层信噪比较低，诸多因素的影响使得时间域构造不能代表真实的地下构造形态，而常规时深转换方法解决不了构造畸变的问题，需要开展二维深度域成像研究［1－6］。合理的速度模型是叠前深度偏移成像的关键，但目前常用的Dix公式直接转换法、约束速度反演、相干速度反演法等建立初始速度模型的方法都存在着速度场不稳定、层间速度变化不合理等问题，因此须根据深水区地层速度变化规律，有针对性地建立初始速度模型，以获得较好的二维叠前地震成像效果，从而为构建深水区层序地层格架、研究构造演化奠定良好基础［7］。

1 南海西部深水区地层速度变化规律

南海西部深水区地震资料海底多次波和层间多次波较发育、信噪比低，影响到地震成像的真实性和可靠性。因此，在对南海西部深水区地震资料前置处理过程中，综合应用了多项国内外先进的深水资料处理技术，如波动方程预测减去法（SRME）压制近道海底多次波、LIFT去噪技术等［8］，提高了地震数据的信噪比和地震速度的分析精度。

利用Dix公式转换得到的南海西部深水区地震速度谱呈2个分开的条带且比较发散，经过水深校正后地震速度谱收敛聚焦且随埋深增加呈现出明显的递增关系，在埋深2 000 m时地层速度变化范围为2 600～3 400 m/s（图1）。

深水区附近浅水区的钻井资料分析结果1）显示，新近系地层速度呈线性增加趋势，古近系地层速度亦呈线性增加趋势，但增加梯度明显减小；三亚组二段存在约300 m厚的明显低速欠压实含粉砂质泥岩段，地层速度降低近10%；陵水组存在几十米厚的高速含砾中—粗砂岩段。

水深对地层速度影响的分析结果2）表明，浅层段地层速度在深水区比浅水区要小：当水深为500～2 100 m时，浅层段地层速度随水深增加而变小，如埋深1 000 m的地层，水深每增加100 m，其地层速度约降低10 m/s，且水深的影响随地层深度的增加而变小；当水深为2 100～3 500 m时，浅层段地层速度随水深增加而减小的幅度趋于平缓，有时甚至略有增大。综合分析表明，地层速度主要受地层埋深和岩性影响［9］，但在南海西部深水区，水深也是一个重要影响因素。

图1 南海西部深水区地震速度谱水深校正前后对比

2 采用速度趋势法建立深水区初始速度模型

叠前深度偏移速度建模主要分两大步：第一步建立较准确的初始速度－深度模型；第二步利用层析成像等技术反复迭代修正速度模型，直至求得最佳速度得到最佳偏移成像为止。

鉴于常规速度建模方法（如网格法、层控法）的局限性，根据南海西部深水区海相沉积地层具有近似连续介质的速度结构特点，采用速度趋势法来求取初始速度。

2.1 深度域地质模型分析

依据南海西部深水区实际地震勘探尺度设计了深度域地质模型，为了研究在纵横向地层速度变化和地层倾角变化条件下速度模型及其迭代更新对成像效果的影响，将模型设计为多楔状体模型（图2）。该模型宽12 km，深4 km；楔状体角度分别为14、18、24、34、57、84°；各楔状体速度设计为常速，速度从2 500 m/s至3 800 m/s不等，背景速度为2 000 m/s。

图2 所设计的南海西部深水区深度域地质模型

正演模拟观测系统参照海上单边接收方式，采集电缆长度设计为4 000 m，道间距25 m，共160道。采用交错网格高阶有限差分波动方程正演模拟技术生成理论地震炮集数据。从图3所示的不同条件下深度域成像结果可以看到，倾角小于34°的地层成像已较为准确。

图3 不同条件下深度域成像结果

2.2 速度趋势法建模

速度趋势法建模的具体做法如下：①约束速度反演求取较高质量的层速度；②层速度水深校正；③利用多项式拟合法对整条测线进行速度趋势面拟合；④反水深校正，得到初始层速度。南海西部深水区速度趋势面拟合的结果反映了其速度差大多数在300 m/s左右，符合该区整体速度规律。

对比利用不同方法建立的层速度初始模型剖面（图4）可以看出：网格法剖面速度层间突跳严重（图4a）；层控法剖面速度横向关系较好，但层内速度均质化严重（图4b）；图4c是用常规Dix公式法求得层速度后对其进行大尺度平滑的结果，虽然速度平滑但与构造不匹配；而速度趋势法所得到的层速度，速度函数连续、平滑，并与构造相一致（图4d）。

图4 不同方法建立的层速度初始模型剖面对比

初始速度模型和深度模型往往是粗糙的，要得到精确的结果，就要综合利用各种技术方法不断调整、优化层速度模型，直至每一个共偏移距的成像结果一致为止，使之与地下地质情况最佳吻合。速度模型修正方法主要有层析成像技术［10－12］和偏移－剩余速度分析2种，目前第1种方法沿层的层析成像方法较成熟，但全局优化的层析成像算法软件在实现上不够完善，因此本文选用第2种方法，即在纵向上进行剩余速度拾取，在横向上以地震层位作参考控制，通过3～5次迭代优化，最终得到速度剖面。与图4d所示的初始速度对比，利用偏移－剩余速度分析方法最终得到的地层速度的纵横向变化更为合理（图5）。

图5 利用偏移－剩余速度分析方法最终得到的深度－速度剖面

3 二维叠前深度偏移应用效果分析

如图6所示，将浅水区A井点处叠前深度偏移时深关系与VSP时深关系进行对比，发现二者相差较小，如2.8 s处叠前深度偏移深度为3 910 m，VSP深度为4 100 m，二者相差仅190 m。由于二者的趋势吻合较好，尽管没有完全重叠，但这种地震深度与地质深度的系统差（差值由浅到深增大）经过系统校正后完全可以消除。同时，同一反射时间在深水区的对应深度比浅水区偏浅，即深水区地层速度比浅水区小（图6），这也符合南海西部深水区地层速度随海底深度（即水深）变化的规律。

从图7可以看到，采用速度趋势法得到的叠前深度偏移剖面避免了常规网格法对地层的扭曲，消除了海底崎岖地貌对下伏地层的影响。另外，在深度域剖面上断面、基底成像更加清晰，构造形态合理（图8）。

图8 南海西部深水区叠前时间剖面与叠前深度剖面对比

4 结束语

受崎岖海底等影响，南海西部深水区地震射线传播路径复杂，照明强弱不均。叠前深度偏移等技术可以改进真正的共反射点偏移归位问题，改善构造复杂、速度变化剧烈地区的偏移成像。合理的速度模型是叠前深度偏移成像的关键，通过正演模拟分析，应用速度趋势法建立初始速度模型，经迭代优化，可以改善深水区断层和中深层的成像。实际应用效果表明，对于目前南海西部深水区速度横向变化大、海底变化较大、速度模型不合理导致的成像问题，速度趋势法是一种有效可行的方法。而采用更合理的算法，求取更精确的速度模型，还有待今后深入研究。

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