高精度剩余速度分析研究

邢 兴，赵勇刚，赵永峰

（中国石油大港油田公司勘探开发研究院，天津 300280）



高精度剩余速度分析研究

邢 兴，赵勇刚，赵永峰

（中国石油大港油田公司勘探开发研究院，天津 300280）

摘 要：针对常规速度分析扫描速度范围大、精度低的缺点，采用高精度剩余速度分析方法，扫描所有地震CDP数据剩余时差，自动拾取精确的叠加速度，形成二维的叠加速度剖面。然而自动拾取会导致速度异常，进而利用局部回归法三维插值算法剔除拾取的异常速度，得到平滑的速度场。该方法提取的速度更加精确，使地震处理中水平叠加、偏移处理达到更好的效果。

关键词：速度分析；局部回归法；动校正

地震勘探在油气勘探中起着举足轻重的作用，它通过研究弹性波在地下的传播来研究地壳的地质结构［1］。多次叠加技术出现在上世纪60年代，是地震数据处理中的必要环节。速度是地震勘探的重要参数，专业技术人员非常重视对速度的研究，速度分析的主要目的是为叠加、偏移归位等处理提供准确的速度参数。

速度对地震数据处理解释都起着很大的作用，因此人们为了获得该参数采用了许多方法，叠加速度分析就是其中之一，利用该方法得到叠加速度谱并拾取比较准确的速度，通过叠加速度还可以计算层速度，为地层对比、岩性识别、油气检测提供资料和新途径［2-3］。在国内郭树祥、付强等人提出了各种优化的速度分析方法［4-5］，效果也不错。本文采用高精度剩余速度分析也是叠加速度分析的一种，该方法能够提高速度分析的精度。

1 理论基础

剩余速度分析首先要进行常规的速度分析，然后通过剩余时差公式扫描更加精确的叠加速度［6-8］。各向同性地层是一理论模型，在同层介质中假设地震波传播速度会跟随传播方向的改变而变化。各向同性地层在零偏移距时间t，偏移距x为样点处的剩余时差公式如下：

式中：τ为剩余时差，t为自激自收时间，V为实际速度，Vref为参考速度，x为偏移距。

针对地震数据的一个CDP（共深度点道集），首先利用Vref进行常规动校正，由以上公式可知参考速度与真实速度的差异将导致产生剩余时差，通过公式（1）扫描剩余时差并进行叠加处理［9-10］，最后根据叠加效果求得更准确的叠加速度V。

2 剩余速度分析方法研究与实现

利用剩余速度分析处理模型数据与实际数据并进行对比分析。

2.1 理论模型试验

通过地震软件SU合成了三层模型地震记录，并对它进行了剩余速度分析。正演模型参数见表1。

表1 三层模型参数

利用Dix公式求得准确的均方根速度：V1= 1 508 m/s，V2= 1 740 m/s。

下面对一个满覆盖的CDP进行处理，结果如图1。

图1 理论模型的剩余速度分析

图1a为一原始CDP道集，地震反射波同相轴成双曲线形，第一个反射界面位于680采样点附近，第二个反射界面位于1 170采样点附近。图1b是利用参考速度进行传统动校正的结果，由于参考速度低于模型真实速度，动校过大。图1c是采用剩余时差（-20 ～ 4 ms）进行速度扫描绘制的相似谱，通过最大的相似能量值对应的时差求取叠加速度，并与理论均方根速度相比较：第一层1 515 m/s，绝对误差1 515 - 1 508 = 7 m/s，第二层1 776 m/s，绝对误差1 776 - 1 740 = 36 m/s，可见浅层分辨率比深层的高。图1d是利用剩余速度分析得到的叠加速度再次进行动校正的结果，可见同向轴基本校平，效果明显改善。

2.2 实际数据试验

我们优选了一套实际数据进行试验，实际数据见表2。

表2 实际数据

图2a、图2b中可见，经传统动校正后，同相轴基本拉平了，但是还有一些时移量，需要进行剩余速度分析，得到更加精确的速度。经过剩余速度分析产生速度谱（图2c），可见剩余时差主要集中在负时差范围，可以看出参考速度比实际的速度低，通过相关值提取精确的叠加速度。图2d为利用新提取的叠加速度校正的结果，同相轴校平效果明显改善。

图2 实际数据的剩余动校正

2.3 局部回归法三维插值研究

剩余速度分析首先扫描一个CDP地震数据，并对整个CDP数据进行处理，处理速度比常规速度分析快，但是由于地震数据的分辨率、噪音等影响，自动拾取速度会导致各CDP之间产生不合理的不连续性，这样就不能合理地反映地下的地质构造。为了消除拾取的误差，本文采用局部回归法［6］进行插值运算，这样就得到了平滑的速度场。

2.3.1 局部回归法三维插值原理

首先定义一个平滑函数g（x），h =（x，y，z），并估计各个拾取点hi=（xi，yi，zi）的值di，然后建立模型公式如下：

式中：g （ hi）是di（ hi）的估计值，hi为拾取点坐标，并假设εi的平均值为0。

接着利用线性或二次多项式函数构建函数g（h），并通过最小二乘法建立函数如下：

并设定改函数的权重函数当0≤ui= ri/ rN≤1时，

否则：wi= 0

在εi较大时，利用最小二乘法处理错误的拾取效果不好，因此引入一种迭代算法，构建一个加权函数为：

其中定义函数B如下所示：

在实际处理中用Wi与wi相乘，并重复上述步骤进行迭代运算，根据实际的效果确定迭代的次数，最终得到系数p并计算出平滑的速度场。

2.3.2 实际数据处理验证

下面利用局部回归法处理剩余速度分析所得到原始速度场，并通过效果对比选择以下参数：N = 16，确定最大半径r =2，迭代次数n=3，处理效果如图3所示。

图3 原始速度剖面与回归法处理后剖面对比

由图3a可见自动拾取的速度的连续性不好，尤其在深部这种现象更加明显。经过局部回归插值法的处理后有很大改善。由图3b中可见速度明显平滑许多，达到了预期的效果。

3 结论

通过高精度剩余速度分析与常规叠加速度分析相比，可以得出以下结论：

（1）速度快：高精度剩余速度分析扫描速度范围小，针对性强，扫描速度比常规速度分析快。

（2）精度高：高精度剩余速度分析是在给定参考速度的基础上扫描剩余时差，扫描更加细致，精度更高。

（3）分辨率高：高精度剩余速度分析针对深层比浅层分辨率低的情况，采用随深度增加扫描速度间隔增大的动态扫描过程，这样扫描更具针对性，分辨率也更高。

高精度速度分析为动校正、偏移处理等提供准确的速度资料，更有利于以后的地震地质解释。

参考文献：

［1］何樵登，熊维纲.应用地球物理教程——地震勘探［M］.北京：地质出版社，1991.

［2］徐翠娥，郝晓红，王影.高精度双谱分析法在各向异性介质速度分析中的初步应用［J］.海洋石油，2008，28（1）：1-5.

［3］徐翠娥，叶建兴，周静毅.基于叠前时间偏移速度扫描的四维建模技术及应用［J］.海洋石油，2008，28（2）：25-28.

［4］付强，罗彩明.基于VTI介质理论的P波速度分析和动校正［J］.物探化探计算技术，2008，30（1）：10-16.

［5］郭树祥.高分辨率地震资料处理中的优化速度分析方法［J］.石油物探，2004，43（1）：80-82.

［6］ADLER F， BRANDWOOD S. Robust estimation of dense 3D stacking velocities from automated picking［C］. SEG Annual Meeting， 1999： 1162-1165.

［7］SILIQI R， LE MEUR D， GAMAR F，et al. High-density moveout parameter fields V and η［C］. Expanded Abstracts of 73rd Annual Internat SEG， 2003：2313-2316.

［8］杜丽英，刘国明，杜丽娟，等.VTI介质中地震波反射波合成记录的方法研究［J］.地球物理学进展，2001，16（2）：58-64.

［9］卢明辉，唐建候.VTI介质P波非双曲时差分析［J］.地球物理学进展，2005，20（2）：328-331.

［10］孙祥，娥詹毅，钟本善.双参数速度扫描方法研究［J］.石油天然气学报，2006，28（6）：631-675.

中图分类号：P631.4+43

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.02.037

文章编号：1008-2336（2016）02-0037-04

收稿日期：2016-01-08；改回日期：2016-03-15

第一作者简介：邢兴，男，1983年生，工程师，2009年毕业于中国地质大学（北京）地球探测与信息技术专业，主要从事地球物理方面的研究工作。E-mail：zyghebei@126.com。

Analysis of Residual Velocity with High Accuracy

XING Xing， ZHAO Yonggang， ZHAO Yongfeng
（Exploration and Development Research Institute of Dagang Oilfield， CNPC， Tianjin 300280， China）

Abstract：In order to overcome the shortcoming of low accuracy and wide scanning speed range existed in the conventional velocity analysis， the high accuracy velocity analysis has been used to scan the residual moveout of all seismic CDP data to pick up automatically the accurate stacking velocity and get a 2D velocity profle. Automatic picking， however， might result in abnormal velocity. 3D interpolation with local regression method is used to eliminate the abnormal velocity and then obtain a smooth velocity feld. This method can get more accurate velocity， and improve the effect of horizontal stacking and migration processing.

Keywords：velocity analysis； local regression method； dynamic correction