高密度速度分析方法在水合物无井约束波阻抗反演中的应用研究

徐云霞， 张宝金， 文鹏飞

(1.国土资源部海底矿产资源重点实验室,广州　510075；2.广州海洋地质调查局,广州　510760)



高密度速度分析方法在水合物无井约束波阻抗反演中的应用研究

徐云霞1,2， 张宝金1,2， 文鹏飞1,2

(1.国土资源部海底矿产资源重点实验室,广州510075；2.广州海洋地质调查局,广州510760)

波阻抗反演对水合物识别具有一定的辅助意义。由于地震波形数据缺少低频信息，在地震数据波阻抗反演时，一般要利用测井信息提供低频约束，但在我国南海水合物调查中，由于测井资料少，使得基于模型的波阻抗反演方法受到一定的限制。常用的无井约束波阻抗反演方法采用层速度建立初始模型，但常规速度分析方法密度低、精度不高，导致补偿的低频信息成分不丰富。针对这一限制，这里提出利用高密度速度分析方法获得层速度建立初始模型，该方法利用叠前时间偏移数据，对空间上的每一道，时间上每一个样点都进行分析，尽可能利用了数据的走时，能为阻抗反演提供低频成分更丰富、分辨率更高的初始模型。实际资料处理结果表明，该方法所得到的波阻抗反演结果与水合物特征对应良好，能取得良好的反演结果。

波阻抗反演; 无井约束; 高密度速度分析

0　引言

对南海水合物的调查研究自上世纪九十年代起已持续多年，而波阻抗反演方法对水合物赋存带的识别具有一定的辅助意义。波阻抗反演，是利用地震资料反演地层波阻抗(或速度)的地震特殊处理解释技术[1]，低频成分的构建是波阻抗反演中极为重要的技术环节。通常在有井地区，以井为控制点采用声波测井资料出低频趋势，构建低频模型，井点以外采用外推或内插的方式获得低频模型[2]。但在南海，很多水合物调查工区或邻近工区均没有测井资料，这时如何构建低频成分就成为一个难题。马劲风等[3]根据地震资料本身的叠加速度，通过DIX公式转为层速度，以此建立初始模型；杨瑞召等[4]利用层速度建模方法运用于水合物调查中。按常规速度分析得到的叠加速度导出的低频趋势，由于在常规速度分析中，通常采用隔500 m或1 km分析一个速度谱，这种速度分析方法受到时间和空间上分析密度低、精度不高的限制[5]，导致补偿的低频成分不丰富，使得反演结果补偿的低频成分和实际地震数据的频谱之间存在一定的空白带。常规速度分析方法建立的低频模型不能保证获得的反演结果是全频带的。

鉴于常规速度分析分辨率和精度的限制，作者提出采用高密度速度分析的方法获得层速度模型，构建低频分量。该方法是常规速度分析的一种极限方法，能够细化到空间上每一道、时间上每一个样点均能够进行速度分析，这种方法得到的速度分析结果，能极大地提高速度分析的精度，得到分辨率更高的初始速度模型，为无井反演提供精度更高的初始模型。

1　高密度速度分析建立初始模型方法

目前高密度速度分析方法发展迅猛，siliqi等[6]提出一种非椭圆参数的方法用于估算速度和各项异性来拾取高精度的速度[6]，使道集的远偏移距也能拉平，提高资料的成像精度[7]。这里的高密度速度分析方法主要用于水合物无井约束波阻抗反演中，由于水合物沉积范围较浅，各项异性对其影响相对较小，因此，这里仅利用高密度速度分析，不考虑各向异性的方法进行高精度的速度拾取。

1.1高密度速度谱制作

在常规速度谱制作中，假设共中心点道集中有N个地震道，炮检距分别为xi(i=1,2,…,N)，则第n道的炮检距的正常时差为

(1)

其中:t0为零炮检距的双程反射时间;vnmo为动校正速度;xn为第n道的炮检距。则动校正速度vnmo为式(2)。

(2)

利用速度扫描，运用式(3)进行能量统计得到速度谱

(3)

影响速度分析精度的主要参数为：①速度采样率即速度扫描间隔；②进行能量统计的时窗；③水平方向处理间隔[8]。在进行常规速度分析时，通常采用的扫描间隔为24 ms，计算时窗为8 ms～16 ms，水平方向分析间隔通常为1 km，在进行水合物常规分析中采用的精度要比其他资料高，因此常采用水平方向间隔为0.5 km的分析参数。这种速度分析方法得到的速度谱在横向和纵向分辨率上能满足成像要求，但对反演建模来说精度不够。因此，作者提出高密度速度分析方法所采用的速度谱制作参数：速度扫描间隔为1 m/s，计算时窗为1 ms，以及横向上每个CDP均进行谱计算，得到高密度的速度谱，提高了速度的横向及纵向分辨率。

1.2自动拾取

最简单的自动拾取方法是以能量的极大值检测叠加速度，但仅根据一个极值进行判断有时可靠性差，因此采用一种加权平均法进行拾取[9]。

1)对能量值进行处理。

i=1,2,…,N

(4)

2)利用式(5)计算叠加速度。

(5)

其中：vr(t0)为自动拾取的叠加速度；vi(t0)为对应于能量Ei(t0)的速度值，即拾取的速度值。

1.3层速度计算方法

层速度一般通过dix公式将均方根速度进行转化而得到[10]。为了得到高分辨率的层速度资料对数据进行界面化处理，挑选出主要的层位，提高对层位的分辨能力，在此基础上，用公式(6)将均方根速度vr转化为层速度。

(6)

层速度由均方根速度转化得来，在自动拾取均方根速度时可能存在一定的随机干扰的影响，为了消除这种随机干扰对层速度的影响，对层速度进行二维中值滤波，做平滑处理，得到最终的层速度。

1.4建立初始模型

在得到层速度的基础上，对该层速度进行低通滤波，得到低频背景模型作为波阻抗反演的初始模型。

图1为通过高密度速度分析方法获得波阻抗反演初始模型的流程图。

图1　高密度速度建模流程图Fig.1　The flow of building model by high density velocity analysis

2　反演方法选择

常用的模型约束下反演方法有广义线性反演、稀疏脉冲反演等方法[11-12]。其中广义线性反演具有操作简单，反演结果相对分辨率较高的特点，但其模型抗噪能力差，模型处理能力较差，因此选用稀疏脉冲反演算法。该方法不仅具有一般递推反演方法的特点,即反演结果较忠实于地震资料,能反映储层的横向变化，而且在迭代过程中由于引入低频背景成分,一定程度拓宽了反演频带，且该方法对初始模型依赖较小,反演结果的唯一性较好,不易出现假象，如果合理选择反演参数和波阻抗趋势及约束,最终可以得到合理波阻抗结果[13]。

总的来说,因为约束稀疏脉冲反演是以地震道为主的反演方法,反演结果的分辨率、信噪比以及可靠程度主要依赖于地震资料本身的品质，地震噪音对反演结果敏感，影响大,因此对输入地震数据需要进行良好地去噪，提高分辨率以及偏移成像处理。

3　应用效果分析

选用南海含水合物地震测线做无井约束波阻抗反演试算。试算测线水合物地层处于陆坡区，海水深度相对较深，大概在600 m～1 300 m之间，地势多不平坦。如图2所示，为该测线的偏移叠加数据，天然气水合物主要是基于海洋地震反射剖面中明显的似海底反射层BSR进行推测，即存在图2中单道显示的具有与海底能量相似，极性相反的特征；同时BSR之上的振幅空白带也为水合物的解释提供一定的依据，红线圈内即为可能的水合物赋存区。作为反演的输入数据，从图2中的频谱分析结果(图2中左下角频谱图)也能得出，该叠加数据缺少15 Hz以下低频信息。

图2　含水合物测线偏移叠加剖面Fig.2　The pstm stack section of cont hydrate line

作者提出采用高密度速度分析方法获得层速度场，建立低频模型，以补偿地震数据中缺失的频率成分。为了能更直观地对比出高密度速度分析相对常用的常规速度分析在低频模型建立上的优势，将常规速度分析方法得到的层速度剖面(图3(a))与作者提出的高密度速度分析方法得到的层速度剖面(图3(c))进行对比，可以看出，常规速度所得到的层速度剖面成层性较好，但相对高密度速度分析得到的层速度剖面而言对细节刻画较差；从图3(b)、图3(d)以及图3(e)的频带对比中也能看出，常规速度得到的层速度剖面对应的频率主要在7 Hz以下，而高密度速度分析方法得到的层速度频带范围主要在13 Hz以下，所刻画的的低频成分频带范围更宽，刚好补偿了地震数据缺失的低频成分。

图4为两种方法所得层速度剖面与地震数据叠合显示对比图，重点对比可能的水合物赋存区。常规层速度只能反映大套的层速度信息，对局部地区的层速度变化刻画不明显，比如不能很好刻画出BSR的层速度反转特征；而高密度层速度在大套地层上与地震资料的构造形态吻合较好的同时，也能良好地反映局部速度的变化情况(BSR为高速与低速的分界面这一现象清晰可见，与实际地震资料对应良好)。这说明运用高密度速度分析方法得到的层速度剖面，具有较高的分辨率。

图3　常规速度模型与高密度速度模型对比图Fig.3　The comparison of normal velocity model and high density velocity model(a)为常规速度分析得到的层速度;(b)为其对应的频谱;(c)为高密度速度分析得到的层速度;(d)为其对应的频谱;(e)为a、b对应的频谱对比

图4　常规层速度与高密度层速度与剖面的叠合显示对比图Fig.4　The comparison of normal interval velocity and high density interval velocity overlap with stack section(a)常规层速度；(b)高密度层速度

综合分析图3、图4的结果说明，作者提出的高密度速度分析方法能提供低频成分更加丰富、分辨率更高的初始速度模型。

图5为波阻抗反演结果。反演结果能很清楚地反应一些薄层的强阻抗特征，对薄层的刻画清晰可见；同时，在对应的水合物部分，BSR之上为高阻，之下为低阻，这一特征在反演结果上得到了良好地体现。图6为该反演结果对应的频谱图，由图6可知，反演结果高、中、低频的频率成分衔接良好，没有频率缺失的现象，反演结果频率成分丰富。 图7为反演结果与输入剖面的叠合显示。阻抗反演结果在横向上所反映的构造特征与地震资料对应良好；纵向上对资料的细节特征刻画清晰，能直观地反映横向上与纵向上的阻抗变化情况。同时，水合物的BSR特征刻画明显，BSR之上由于水合物的胶结状态，使得速度和密度升高而表现为高阻抗特征，之下由于游离气的存在使得密度和速度降低而表现为低阻抗特征，BSR为高阻抗与低阻抗的分界面这一地质现象得到清晰反应，为水合物及其物源特征的研究提供一定依据。

图5　波阻抗结果Fig.5　The result of impedance

图6　阻抗反演结果频谱Fig.6　The amplitude of the impedance result

图7　叠加剖面与阻抗反演叠合显示图Fig.7　The overlap of stack section 　and impedance section

4　结论

1)作者提出的利用高密度速度分析方法由于在速度分析时能细化到时间上每一个样点、空间上每一道，能提供低频成分更加丰富、分辨率更高的初始模型。

2)通过选用实际的南海陆坡区含天然气水合物地震测线试算，能得到高、中、低频融合较好的频率成分丰富的波阻抗结果。

3)反演结果在横向与纵向的精度上不但能满足对大套地层的阻抗特征进行分析，还能对一些细节的薄层特征进行刻画(如薄的强阻抗特征以及BSR响应特征等)，能对水合物赋存的研究提供一定依据。

4)通过实际运算，验证了高密度速度分析方法在无井天然气水合物波阻抗反演中具有可行性。

[1]卢占武,韩立国.波阻抗反演技术研究进展[J].世界地质,2002,21(4):372-376.

LU Z W,HAN L G.The Development of the research of the wave impedance inversion technique[J].World Geology,2002,21(4):372-376.(In Chinese)

[2]夏洪瑞,周开明,黄桥.波阻抗反演中的一种建模方法[J].石油物探,2004,43(1):30-32.

XIA H R,ZHOU K M,HUANG Q.Building of initial model for wave impedance inversion[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2004,43(1):30-32.(In Chinese)

[3]马劲风,谢言光,许亚军,等.波阻抗反演中低频分量构建的经验与技巧[J].石油物探,2000,39(1):27-34.

MA J F,XIE Y G,XU Y J,et al.Experience and skill of constructing low frequency components in impedance inversion[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2000,39(1):27-34.(In Chinese)

[4]杨瑞召,李松楠,王媛媛,等.无井约束波阻抗反演在神狐海域水合物预测中的应用[J].天然气地球科学,2012,23(4):784-789.

YANG R Z,LI S N,WANG Y Y,et al.plication of inversion without well constraint to hydrate forecasting in Shenhu area[J].Natural Gas Geoscience,2012,23(4):784-789.(In Chinese)

[5]张宝金,张光学,耿建华,等.南海含天然气水合物地层速度反演方法探讨[J].南海地质,2008(01)：78-84.

ZHANG B J ZHANG G X , GENG J H,et al. The interval velocity inversion method research of the contain hydrate formation in South China Sea[J].Nanhai Geology,2008(01)：78-84.(In Chinese)

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

[7]叶勇,孙开峰.密点速度分析技术在t塔河油田西南部低幅构造中的应用[J].地球物理学进展，2008，23(1):124-127.

YE Y,SUN K F.Application of high density velocity analysis to low relief structure in the southwest part of Tahe Oilfield[J].Progress in Geophysics,2008,23(1):124-127.(In Chinese)

[8]潘乃德,朱建平.密点速度分析方法的探讨[J].石油物探,1984,23(2):51-64.

PAN N D,ZHU J P.A research on the method of dense-points velocity analysis[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,1984,23(2):51-64.(In Chinese)

[9]孙开峰,管路平,韩革华,等.密点速度分析方法在新疆亚肯北部地区速度分析中的应用[J].石油物探,2005,44(5):468-470.

SUN K F,GUAN L P,HAN G H.et al.The application of dense velocity analysis in the fine velocity analysis in northern Yaken area, Xingjiang[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2005,44(5):468-470.(In Chinese)

[10]程玉坤,冉建斌,肖伟.基于CRP道集的叠前处理技术及应用[J].勘探地球物理进展,2008,31(1):38-43.

CHEN Y K RAN J B,XIAO W.CRP gather based prestack data processing and its application[J].Progress in Exploration Geophysics,2008,31(1):38-43.(In Chinese)

[11]王西文,石兰亭,雍学善,等.地震波阻抗反演方法研究[J].岩性油气藏,2007,19(3):80-86.

WANG X W,SHI L T,YONG X S,et al. Study on seismic impedance inversion[J].Lithologic Reservoirs,2007,19(3):80-86.(In Chinese)

[12] YUAN S.Y,WANG S.X.Spectral sparse Bayesian learn-ing reflectivity inversion[J].Geophysical Prospecting,2013,61(4):735-746.

[13]刘喜武,年静波,吴海波.几种地震波阻抗反演方法的比较分析与综合应用[J].世界地质,2005,24(3):270-275.

LIU X W,NIAN J B,WU H B.Comparision of seismic impedance inversion methods and an application case[J].Global Geology,2005,24(3):270-275.(In Chinese)

The application research of high density velocity analysis in hydrate impedance inversion without log constrain

XU Yun-xia1,2, ZHANG Bao-jin1,2, WEN Peng-fei1,2

(1.Key Laboratory of Mineral Resources, Ministry of Land and Resources, Guangzhou510075, China；2 Guangzhou Marine Geology survey, Guangzhou510760,China)

The impedance inversion has accessorial sense. Due to lack of low frequency information, the impedance inversion need log data to offer low frequency constrain. But in hydrate survey in south China Sea, the application of impedance inversion method which based on model is get limited because of scarcity log data. Usually the no log inversion use layer velocity to build the initialize model, but because of normal velocity analysis method low density and low precision lead the compensate low frequency information not abundance. This article advance high density velocity analysis method to get layer velocity use this velocity to build initialize model, high density velocity analysis method try to use best of the data's time information to analysis every channel every sample's velocity. We can get more abundant low frequency, high resolution initialize mode by this method. Use this method in hydrate no log restriction impedance inversion, by practice, can get well inversion result.

impedance inversion; no log restriction; high density velocity analysis

2015-06-03改回日期：2015-07-22

国土资源部海底矿产资源重点实验室项目(GZH201200307)

徐云霞(1985-)，女，硕士，工程师，主要从事海洋地震资料处理及反演工作，E-mail：xuyx2013@126.com。

1001-1749(2016)04-0540-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.04.16