偏移速度建模與成像技術

摘 要

摘要：偏移速度建模的準確性直接影響偏移成像的效果。克希霍夫積分法疊前時間偏移，雖能部分適應速度縱橫向的變化，但由于沒有考慮射線彎曲，所以在速度縱向變化較大時偏移效果并不
摘要：偏移速度建模的準確性直接影響偏移成像的效果。克希霍夫積分法疊前時間偏移，雖能部分適應速度縱橫向的變化，但由于沒有考慮射線彎曲，所以在速度縱向變化較大時偏移效果并不理想。而彎曲射線各向異性疊前偏移方法則考慮了成像射線的彎曲及速度各向異性，更有利于消除了地層傾角和反射點彌散的影響，建立的速度模型更準確、更符合地質變化規律。采用沿層速度分析技術獲得目的層面上準確的速度信息，通過CRP反偏移速度分析技術逐步優化速度模型，借助彎曲射線疊前時間偏移方法取得顯著的成像效果。同時指出了在速度縱橫向變化劇烈、地下構造復雜時，深度偏移才能恢復地下真實構造形態。采用相干反演法與均方根速度轉換法聯合建立層速度模型，利用層析成像技術優化地質模型，通過深度偏移方法研究和偏移效果的對比，總結了建立精確偏移速度場的方法和步驟，使速度建
關鍵詞：地震勘探；偏移成像；射線路徑；速度；分析；波動方程；數學模型；效果
1 時間域速度分析與偏移成像
    疊后時間偏移無法考慮射線傳播的折射效應，致使聚焦不良[1]。疊前時間偏移成為時間域成像的最佳選擇。特別是彎曲射線各向異性疊前時間偏移比疊后時間偏移取得更理想的成像效果，采用沿層連續速度分析技術獲得層面上準確的疊加速度(比常規的隔線分析速度信息量大、精度高)，通過傾角校正及CRP反偏移速度分析技術逐步優化速度，得到符合地質規律的準確的均方根速度場，為建立層速度場奠定基礎。
1.1 沿層連續速度分析
    沿層連續速度分析是沿時間域的層位T0時間計算逐個CMP的疊加速度。沿層速度譜使目的層界面上的速度信息量增加，極大地提高了速度的橫向分辨率，同時由于以層位進行速度分析，速度平面圖能大體反映出構造形態變化，特別是地層的傾角變化情況。
1.2 基于CRP道集的均方根速度分析
    將沿層反演出的疊加速度進行傾角校正轉換成均方根速度，利用CRP道集反動校的方法進行速度優化(圖1)。從對比圖中可以看出，由于疊前時間偏移消除了地層傾角和反射點彌散的影響，得到的CRP反映同一反射點的信息，此時時距曲線更接近雙曲線理論假設，分析的均方根速度更準確、更符合地質變化規律。
1.3 疊前時間偏移
克希霍夫積分法偏移最主要的特性之一就是它能夠基于地震記錄，選擇激發點和相應的地震波射線束進行目標偏移成像[2]。
假設介質是均勻且為完全彈性，縱波波動方程為：
 
式中：v為波的傳播速度，m/s；p為波場函數。
假設閉合曲面S0由A0和A兩部分組成，其中A0是地面觀測平面，A為部分球面，球面半徑趨于無窮大。故式(1)可表示為：
 
式中：p(x，y，z，t)為閉合曲面S0上某個觀測點R(x，y，z)處的波場函數值；p(x0，y0，z0，t0)為閉合曲面S0上某個觀測點R0(z0，y0，z0)處的波場函數值；n為閉合曲面的外法線方向；G為格林函數。
根據邊界條件，由式(2)推導出克希霍夫積分式：
 
故可得到：
 
根據成像理論，t=0時實現三維空間偏移歸位：
   
1.4 射線彎曲理論
    對于雙均方根公式，通過高階項逼近得到提高。即
   
修改系數c4可簡化為：
 
   對于3D Kirchhoff疊前時間偏移而言，總旅行時可表示為：
   
式中：S、R為炮檢點到成像點的距離[3]。
    克希霍夫積分法疊前時間偏移，考慮了復雜陡傾界面的地層傾角及反射點彌散問題，能部分適應速度在縱橫向的變化[4]。由于沒有考慮射線彎曲，所以在速度縱向變化較時偏移效果不理想彎曲射線各向異性疊前時間偏移，由于它考慮了成像射線的彎曲及速度各向異性，更符合地下實際，成像效果明顯優于直射線疊前時間偏移，在斷層成像、斷塊劃分能力以及目的層內幕反射特征上有很大的改善(圖2)。
 
2 深度域速度分析與偏移成像
2.1 層速度模型與深度模型的建立
   采用均方根速度轉換方法估算層速度與相干反演相結合的方法進行層速度模型的建立。通過疊前時間偏移迭代后，均方根速度模型比較準確，在一定程度上符合地質變化規律。對于水平層狀或單傾的介質，均方根速度模型轉換的方法能得到較好的初始模型，并通過層析成像模型優化能得到精確的速度模型。對于地層傾角變化較大、速度不均一的復雜斷塊，簡單的速度轉換方法不能合理地描述速度結構。采用相干反演法與均方根速度轉換法聯合建立層速度模型，相互驗證速度的合理性精度更高。通過分析沿層剩余速度，利用三維層析成像技術修改層速度模型優化地質模型，建立最優速度-深度模型剛(圖3)。
 
2.2 三維疊前深度偏移方法對比
    三維疊前深度偏移方法主要采用克希霍夫積分法，優點是計算效率高，對野外觀測無任何限制適應能力強，且能較好的適應大傾角偏移，具有抗假頻能力；缺點是射線多路徑問題、焦散、振幅保真處理問題和分辨率低等。研究人員通過兩種途徑來解決不足：①對現有的克希霍夫法在旅行時計算和偏移方法方面進行改進，如從首波旅行時計算向基于波前重建的旅行時計算，其中考慮了多個射線，并且是利用體波旅行時、相對保幅處理和基于模型的孔經定義等，改進后的成像結果其構造細節更加清楚可靠；②發展新的偏移方法，借助于高性能的PC-CLUSTER微機集群，采用波動方程偏移方法，其成像結果更好。圖4可看出波動方程疊前深度偏移在深層斷點歸位準確、振幅頻率保持較好，成像精度更高[6]。
 
3 結束語
    綜上所述，各向異性彎曲射線疊前時間偏移比直射線疊前時間偏移在成像能力上有更大優勢。但在速度縱橫向變化劇烈時，要恢復地下構造形態及復雜斷塊成像時，必須進行深度偏移。盡管疊前深度偏移方法是提高成像精度的必要手段，但真正影響成像精度的是速度模型。因此，層速度反演及精細速度建模成為疊前深度偏移處理的關鍵環節。從克希霍夫積分法與波動方程疊前深度偏移的研究對比結果中可以看出，波動方程疊前深度偏移斷點歸位準確、頻率振幅特征保持較好，在復雜構造成像及巖性勘探中確實有它的優勢，是解決復雜構造地震資料處理的新途徑。但是克希霍夫積分算法有很強的適應性和高效的運算能力及目前不斷改進的算法提高了偏移精度。因此，可以結合兩種算法的優勢，取得更好的偏移效果。
參考文獻
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[3] SUN CH，MARHINEZ R D. Amplitude preserving V(z)pre stack Kirchhoff time migration for VTI media[J].First Break，2001，19：618-624.
[4] 羅銀河，劉江平，董橋梁，等.Kirchhoff彎曲射線疊前時間偏移及應用[J].天然氣工業，2005，25(8)：35-37.
[5] 張建偉，強芳青，賀振華，等.三維疊前深度偏移在復雜斷裂區的應用[J].天然氣工業，2004，24(3)：52-54.
[6] 張敏，李振春.偏移速度分析與建模方法綜述[J]，勘探地球物理進展，2007。30(6).422-426.
 
(本文作者：王小衛1，2 劉文卿2 徐興榮2 張小美2 蔣波2 1.中國地質大學；2.中國石油勘探開發研究院西北分院)