双界面匹配一体化速度建模技术研究与应用——以天山南山前带阳霞区块为例

费建博,杨子川

(中国石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探开发研究院,新疆乌鲁木齐830011)



双界面匹配一体化速度建模技术研究与应用
——以天山南山前带阳霞区块为例

费建博,杨子川

(中国石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探开发研究院,新疆乌鲁木齐830011)

为了消除山前带复杂地表对速度分析与建模以及偏移成像的影响，基于平滑地表面和初至波反演底界面两个关键参考面，提出了双界面匹配的一体化速度建模技术。该方法通过表层模型驱动的道间时差校正与起伏地表偏移结合，消除了复杂地表引起的高低频道间时差；通过时间域浅中深层速度融合，实现深度域一体化速度初始建模；采用地质模式约束的沿层层析、网格层析修正速度模型并结合起伏地表深度偏移逐步提高速度模型精度。将该方法应用于天山南山前带阳霞区块实际地震资料处理，整体上提高了偏移成像质量，尤其是阳霞构造的成像效果得到明显提升。

表层模型驱动;道间时差校正;双界面匹配;速度建模;起伏地表偏移

近地表复杂是山前带构造成像困难的根本原因。地表起伏、高速岩层出露及近地表横向速度变化使得地震波传播路径异常复杂,导致地震资料信噪比低且道间时差剧烈变化[1],基于水平层状假设的常规地震资料处理方法无法达到精确成像的目标。许多学者拓展固定基准面概念,研究了基于浮动基准面的静校正[2-3]、速度反演建模[4-5]和叠前成像理论、方法[6-7],但当表层结构复杂,如折射初至为多层或无层序化时,基于单一参考基准面的折射法静校正和层析静校正的解存在不确定性,难以解决复杂地表区的时差校正和速度分析与建模问题。为了解决上述问题,学者们探索研究了更为复杂的基准面和多参考基准面理论、方法[8-10],基于曲时面的初至拟合迭代静校正、基于空变基准面和替换速度“双变基准面”的自适应校正以及处理解释一体化的“地震工作面”等技术研究取得较大进展[11]。本文选择平滑地表面和初至波反演底界面两个参考面,控制近地表结构和速度模型,建立表层道间时差校正、速度建模和起伏地表偏移成像统一参考面,实现一体化速度分析与建模。

1　双界面的定义与选取

天山南山前带阳霞区块处于塔里木盆地库车坳陷南部平缓背斜带,地表条件极为复杂,地下高陡构造发育,地震资料品质差,构造成像困难。根据该区地质结构特点,在多个参考面(图1)中选取平滑地表面和初至波反演底界面两个参考面,形成静校正基准面、速度分析面、叠加偏移面和速度建场面的“多面”统一,以适应表层结构的复杂性,实现时差校正、速度分析和成像一体化处理。

图1　复杂地表参考面

平滑地表面的选取原则为,与地表高程形态一致,界面平滑无突跳,通过平滑地表能去除高程的快速变化造成的高频道间时差。图2对比了不同尺度的平滑地表面,可以看出,与平滑长度为3000m和600m的地表面相比,平滑长度为1000m的地表面与地表高程形态一致,并且过滤了地表高程的突跳。

图2　不同平滑长度地表面对比

初至波反演底界面是一体化速度建模中浅层速度与中深层速度对接面,介于射线密度底界与高速顶界面之间(图3)。其中射线密度底界为每个网格内穿过的射线条数横向稳定的界面,通常该界面以上的速度较为准确,高速顶界面以上的速度存在横向突变,需要进行小尺度平滑。因此初至波反演底界面在这两者之间选取比较合理,并且应该避免速度横向突跳,选择横向变化稳定的界面。

图3　初至波反演底界面的选取

本文基于双界面匹配的时差校正技术解决基于射线追踪的反射波层析反演无法解决的高频静校正问题,同时使得原始道集数据、速度谱起点和近地表速度保持一致;通过射线密度确定初至波反演底界范围,通过浅层速度转换叠加速度来检验浅层模型的准确性以及反演底界面的可靠性。

2　表层模型驱动的道间时差校正

基于双界面匹配的表层模型驱动的道间时差校正技术采用小尺度平滑的浅层速度模型替代替换速度进行道间时差量的计算,经过校正后的道集与一体化速度模型能够很好匹配,从而提高射线路径的计算精度。

设P点表示地表某观测点(图1),td表示将P点从地表“下剥”至初至波反演底界面的时间,tu表示将P点从初至波反演底界面以平滑后的浅层速度模型“回填”到平滑地表面,再以替换速度“回填”到基准面的时间,则P点的固定基准面道间时差量为:

(1)

其中,

(2)

(3)

式中:H1表示从地表到初至波反演底界的厚度;v1为初至波反演的浅层速度;H2表示从初至波反演底界到地表平滑面的厚度;v2为平滑后的浅层速度;H3为平滑地表面到固定基准面的厚度;vr为替换速度。

对于任意CDP点,最终道间时差t的计算公式如下:

t=ts+tr-2H4/vr

(4)

式中:ts为炮点道间时差;tr为检波点道间时差;H4为CDP点到固定面的距离。

需对浅表层速度模型进行适度平滑,以消除速度横向突变产生的毛刺现象,使速度趋势变化更为合理。模型平滑的程度只涉及高频道间时差,低频道间时差校正将在深度偏移中解决。

在阳霞二维工区开展了表层模型驱动的道间时差校正技术应用,结果表明,表层模型驱动的道间时差基准面校正量与常规静校正量存在低频差异,其主要与浅层速度横向变化的形态相关(图4)。本文通过浅中深层一体化速度建模以及深度偏移成像来解决这部分低频时差校正问题。图5对比了常规静校正与模型驱动的道间时差校正叠加剖面对比,后者的成像效果要好于前者,尤其是在高程变化较大、地下构造比较复杂的区域。

图4　表层模型驱动的道间时差校正量与常规静校正量对比

图5　常规静校正(a)与表层模型驱动的道间时差校正(b)叠加剖面对比

3　双界面匹配一体化速度建模

首先基于地表面与初至波反演底界面匹配进行浅中层一体化速度建模,由信噪比较高的初至波反演得到浅层模型,提高浅层速度模型的精度;然后通过浅中深层速度对接建立初始一体化速度模型；最后通过基于反射波的模型层析与网格层析得到高精度一体化速度。

3.1表层速度反演建模

利用初至波进行层析反演时,将小折射层析解释结果作为极浅近地表模型,并作为约束条件与旅行时残差一起构成目标函数,弥补了只用大炮初至进行层析反演时丢失精细浅层速度信息的缺陷。经过约束反演得到精度较高的表层速度模型,如图6 所示。

图6　无约束层析反演(a)与约束层析反演(b)表层速度对比

3.2时间域浅中深层速度融合一体化初始建模

3.2.1叠加速度融合

将初至波反演底界面以上的浅层速度模型通过DIX公式转换为叠加速度,与中深层叠加速度对接,得到一体化叠加速度对,通过弯曲射线叠前时间偏移、约束速度反演与剩余速度拾取迭代获得较为准确的时间域层速度,将时间域模型比例到深度域,便得到了初始中深层速度模型。

图7展示了阳霞工区N148线的叠加速度对接情况。左侧的CMP道集位于山前沉积带,在300～1100ms范围内,有高信噪比的反射波,也是初至波层析反演的探测范围,两者非常吻合，说明射线密度底界以上的速度是可靠的,也说明由约束初至反演得到的浅层速度与通过拾取反射波双曲线得到的速度具有相同性质,是可以互换和相互融合的;中间CMP道集信噪比相对较低,但在初至波和反射波共同的探测范围内,两者也是吻合的;右侧CMP道集来自山体部位,浅层几乎看不到有效的反射信息,但初至波层析反演仍然能够得到可靠的速度信息,也就是说,针对低信噪比资料,初至波层析反演可以有效补充浅层速度信息,为一体化速度模型提供浅层速度场。

图7　叠加速度对接

3.2.2层速度体对接

通过叠加速度对接建立了一体化速度对,但由于无法做到逐点对接,造成浅层速度横向分辨率较低,因此需要进行层速度体的对接。采用约束反演方法将一体化速度对转化为时间域层速度,在叠前时间偏移剖面上解释时间层位,进行速度抽取、比例、填充,最终得到初始深度域层速度。以地表平滑面为顶,初至波反演底界面为底,将初至波反演的浅层速度模型与初始深度域层速度进行对接,得到初始一体化速度模型(图8)。通过叠加速度对接,在层速度对接中不会产生速度反转的问题。

3.3迭代优化

初始一体化速度模型中,通过多信息约束所得到的浅层速度比较准确,因此速度模型修正只对中深层速度进行。针对山地地区地震速度横向变化较大的特点,结合已知地质模式,采用递进式的模型修正技术进行速度模型的迭代优化,即分别进行基于地质模式约束的沿层层析、网格层析修正速度模型,结合起伏地表深度偏移迭代逐步提高速度模型精度,得到最终的深度域层速度模型(图9)。

图8　层速度体对接

图9　迭代优化后的深度域层速度模型

4　起伏地表深度偏移与效果分析

一体化速度建模为起伏地表偏移提供了准确的速度模型,但表层模型驱动的道间时差校正后道集在一个CDP内炮点和检波点在同一条水平线上,这显然无法与起伏地表偏移相匹配。为此,在计算射线追踪旅行时时,将炮点与检波点放到真实的地表高程上(平滑后),从而实现真正意义上的起伏地表偏移(图10)。

实际偏移成像中,偏移孔径较小时简单构造成像较好,但陡构造难以准确成像;偏移孔径较大时,陡构造的成像有明显改善,但简单构造会出现反射波同相轴连续性变差、信噪比变低的现象。阳霞区块北部山地构造复杂,通过测试对比,我们采用较大孔径(8000m)进行偏移成像(图11)。

利用表层模型驱动的道间时差校正、双界面匹配一体化速度建模以及起伏地表叠前深度偏移技术对天山南阳霞山前带二维资料进行处理,得到的阳霞构造成像清晰,同相轴连续性较好(图12),对断层刻画较为清楚和合理,绕射波收敛好,层内弱反射连续性强,聚焦更集中,利于地质构造的合理解释(图13)。通过上述方法的应用,整体上提高了该区地震偏移成像的质量,尤其是阳霞构造的成像效果得到明显的提升。

图10　偏移前(a)及偏移时(b)道集对应的炮点-检波点高程

图11　不同偏移孔径成像效果比较a 8000m; b 6000m; c 4000m

图12　本文方法(a)与常规深度偏移(b)结果对比一

图13　本文方法(a)与常规深度偏移(b)结果对比二

5　结束语

本文利用表层模型驱动的道间时差校正技术解决了道间时差校正后道集与表层速度模型不匹配的问题,利用双界面匹配一体化速度建模技术实现了浅层与中深层速度的无缝对接,利用起伏地表偏移提高了天山南山前带阳霞区块的成像质量和可靠性。其中地表平滑面与初至波反演底界面的选择至关重要,地表平滑面应该遵循与地表高程形态一致、界面相对平滑无突跳的原则;初至波反演底界面应该选择射线密度底界面与高速顶界面之间横向变化较为稳定的面。

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(编辑：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。

费建博(1981—),男,工程师,硕士,现从事地震资料成像技术研究工作。

中国石油化工股份有限公司西北油田分公司科研项目(XB05KJ201407)资助。

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).