多信息多技术深度速度建模技术在复杂构造中的应用研究

赵玲芝， 金守利, 王成祥, 曾庆芹

(1.东方地球物理公司 物探技术研究中心，涿州 072750；2.东方地球物理公司 研究院资料处理中心，涿州 072750 )

0 前言

中国西部复杂区是我国的重点油气勘探区之一，油气勘探潜力较大；但这些地区近地表复杂，地形起伏剧烈，速度横向变化大，地下结构也较为复杂，造成常规时间域的成像精度不够，构造间关系不明确，断点位置不清晰等问题，给解释带来了诸多困难，一时难以确定合理的解释方案。

为了解决该区复杂构造的成像问题，对目前的成像技术进行了研究，通过研究可知：叠前深度偏移是解决复杂构造成像的有效方法；而叠前时间偏移只能解决速度横向变化不大的地震资料成像。随着计算机技术的发展，叠前深度偏移方法也随之发生了较大地变化：从常规的积分法、单程波到逆时偏移，算法精度在不断提高；假设条件也从各向同性转变与地下介质较为吻合的各向异性。但无论成像技术如何变化，都需要偏移速度做支撑。算法的精度越高，对速度模型精度的需求也越大。随着速度精度的不断提高，不论何种算法，成像精度也都能够得到一定的提高，算法精度越高，成像的精度也越高[1-4]。由此可以看出，速度模型的精度是提高和改善复杂构造成像精度的关键因素。

特殊的地表及地下构造使得常规叠前时间偏移的成像不能合理解决和描述地质问题：图1是研究区主测线方向的叠前时间偏移剖面及钻井信息，黑线描述的钻井位置，从钻井信息来看，深层的构造是北倾的，而时间域的成像并非如此。可见目的层的成像也不理想。因此，在该区有必要开展适应复杂构造的高精度的速度建模方法来提高成像的精度。

图1 工区主测线的叠前时间偏移成像剖面及钻井信息Fig.1 Old PSTM image section and stratigraphic dip(a)成像剖面；(b)钻井信息

1 技术方法

解决和提高复杂构造成像精度的有效方法是叠前深度偏移，而影响深度偏移的核心因素是深度域速度模型。

叠前深度偏移速度模型的建立离不开叠前深度偏移的算法，二者之间是相互依赖、多次迭代、逐步求精的关系。我们知道叠前深度偏移的过程主要是沿着绕射曲线轨迹(三维是绕射面)进行加权求和得到该绕射点的成像。实质是将反射同相轴‘反传播’到其产生反射的位置。其求和表达式如式(1)。

[t=tD(ξ,m,h),m,h]dmdh

(1)

对于每一个炮点、检波点对，根据层速度V(zi,xi,yi)的变化，可以计算该炮检距对的旅行时间，并将该时间对应的样点值作为该成像点求和归位的样点值。也就是说：旅行时计算的准确度是影响成像效果的关键因素。旅行时的计算不但受偏移速度精度的影响，还与射线传播路径的起始位置(偏移基准面)有关。由于实际勘探中地震记录都是从地表开始激发接收的，因此，在偏移过程中偏移基准面也应该选取在地表，整个过程不需要进行静校正的应用[5-6]。常规时间偏移要求旅行时曲线要满足了反射时距曲线是双曲线的假设，因此要求在一个CMP道集中基准面越平滑越好，这就是时间偏移成像精度难以满足勘探需求的重要原因之一。

另外，目前叠前深度偏移用于速度迭代的方法是基于成像点道集的反射层析技术，该技术主要是利用成像道集中相同反射同相轴在不同偏移距深度变化量的不同，进行层析并迭代速度的。其主要依据是偏移消除了波的传播响应，如果速度准确，则道集的同相轴是平的，反之，道集不平。但如果在近地表，反射信息缺失或不足，很难精确描述近地表的速度变化。通过对现有近地表建模技术的研究认为，基于初至层析的近地表反演技术可以有效地利用大炮初至的有用信息，同时，对每一个炮点和检波点都进行了多次覆盖，具有较好的统计特性，避免了现有近地表调查技术的局部调查空间插值所引起的误差；另外，由于单炮排列长度较长，可反演更深的近地表模型。更重要的是，初至记录时间与地震反射信息是同时采集的，解决了由于采集时间的差异所导致的地下信息的不一致性[7-9]。因此，在叠前深度偏移速度模型的浅表层应该应用大炮初至层析技术来建立近地表速度模型，解决反射速度建模在浅表层的应用不足。

图2 高精度速度建模技术实现方法Fig.2 The implementation process of high accuracy velocity modeling technique

对于速度模型的中深层，应该充分应用反射信息进行速度建模。目前基于反射信息的速度建模方法可分为两种：①基于网格的射线追踪方式(网格层析技术)；②基于地质构造的射线追踪方式(沿层/构造层析技术)。沿层层析是将地下介质划分成多套地质层位，对不同的地质层位进行从上到下的迭代；网格层析是将地下网格划分成不同的网格。二者都是通过射线追踪并依次建立反演方程进行速度的反演和迭代，最终使得成像速度的解达到最优。

沿层层析方法稳定性较高，能够描述速度沿层变化的地质特征，反演的速度具有地质含义，且沿地质层位的层析有利于与地震、非地震速度信息结合，根据相关的地质信息对速度进行沿层修改，使得描述的速度与地质信息一致，达到控制速度变化趋势的目的，但该技术也存在一定的局限性，表现在每个速度单元格的速度在两层间是垂向不变的、或自上而下有一定的梯度，不能精细刻画速度的层间变化细节。网格层析速度刻画的精度较高，但由于网格层析是一个全局优化的过程，受速度变化量及初始速度的影响较大。如果初始速度离真实速度较远，会引起迭代工作量加大，其中任意一个异常点就会影响整个速度场的变化，所以初始速度场的合理性及可靠性，是影响网格层析结果准确性的重要因素，同时，网格层析每次迭代对速度的修改量也不大，在速度精度较低的情况下，不适宜选用该方法。现有基于反射信息的速度建模技术均有其自身的适应性和局限性，在速度建模过程中应该优化应用，扬长避短，充分发挥这些技术的优势，提高速度建模的精度和效率[10-16]。另外，由于复杂构造具有各向异性特征，如果应用各向同性偏移势必会影响成像的精度和成像位置的准确性，要想提高成像的精度和效果，需要在成像过程引入各向异性的假设和相应的参数场[17-20]。

由上可知，要想得到高精度的深度域成像，就需要配套的、高效的速度建模技术。通过对相关技术的分析和研究，并针对现有成熟技术开展集成创新，形成了基于真地表、多信息、多技术联合应用的配套速度建模技术，实现方法如图2所示。

在该技术的实现方法中：通过真地表的数据准备，解决原来将起伏地表静校正到较大圆滑面上所造成的对成像射线路径的改变，并为近地表速度的应用创造了条件；通过初至层析近地表速度建模技术的应用，弥补了反射速度建模技术在近地表速度反演的局限性和不足，提高了浅表层的速度精度，解决了浅表层速度不准对深层成像的影响；多信息地质约束的沿层层析技术可以充分利用多种地质信息，对复杂构造的速度进行宏观控制，通过迭代使得沿层的剩余深度差基本为零，为网格层析提供更加可靠的初始速度场。然后通过网格层析技术的应用和多次迭代，优化速度模型精度，解决沿层层析所引起的层间速度精度不够的问题；各向异性参数场的求取，为基于各向异性假设的叠前深度偏移创造了条件，使得成像位置更加合理准确，满足勘探需求。

图3 目标区多技术、多信息速度建立过程及质控Fig.3 The process and quality control using the new method in the target area

该技术的实施是由地表到地下、由宏观到微观、由各向同性到各向异性的速度建模策略。与常规的速度建模是不同的：常规的速度建模基于较大圆滑面，仅利用反射信息开展沿层层析或/和网格层析，并缺少相应的地质约束，同时由于浅表层反射信息不足会导致反射层析的精度不够。而在新的速度建模技术过程中真地表偏移基准面的应用，解决了常规基于较大圆滑偏移基准面的应用对地震波场的破坏；初至层析近地表建模技术的应用弥补了浅表层反射层析建模的不足；多种建模技术(反射沿层层析、反射网格层析)有效的联合应用，取长补短，并充分应用了“地震、非地震、地质” 等多种信息进行约束，可以提高复杂构造速度模型的精度，解决了盲目利用反射信息进行沿层层析或/和网格层析技术的局限性。

2 地质效果

由于研究区地形复杂，地表呈南北走向的条状山丘，高差450 m左右。地貌主要有山前带、山地等；近地表因素复杂，北部主要是以第四系山前洪积砂砾层覆盖，南部是第三系的老地层出露地表，低降速层厚度4 m～44 m，呈现东南薄西北厚的趋势；高速顶的平均速度在构造顶部高、东西两翼低。地下构造复杂，断裂发育。由于前期叠前时间偏移方法的局限性，使得成像剖面位置不准确(图1，井设计在构造高点，实际钻井信息显示在构造的翼部，地下构造有较大的倾角)，因此，有必要在该区开展了高精度速度建模试验来提高和改善成像的精度。

图4 叠前时间偏移成像及叠前深度偏移与钻井信息的对比Fig.4 The comparison with the pre-stack time migration and the pre-stack depth migration using the new velocity，the right figure is the drilling information(a)叠前时间偏移成像；(b)叠前深度偏移；(c)钻井信息

图5 目的层位置叠前时间偏移及深度偏移切片对比Fig.5 The slice comparison with the pre-stack depth migration using the new velocity and the pre-stack time migration(a)叠前时间偏移；(b)深度偏移

图3是在该研究区应用所研究的高精度速度建模方法的实现过程：

首先在真地表数据准备的基础上，在深度速度模型的浅表层应用初至层析技术建立近地表模型，然后开始应用反射信息建立沿层速度模型，这个过程要求所解释的沿层地质层位能够反映工区速度的变化趋势并能够与井信息的分层数据相吻合，便于与井速度联合建模；在此基础上开展沿层层析的速度迭代，使得迭代后的剩余深度差基本为零，确保速度的宏观趋势基本合理；之后再通过网格层析技术的多次迭代来弥补沿层层析层间速度精度不够的缺陷，达到优化速度精度的目的，同时也解决了道集的剩余深度差问题。在确定了以上速度场的基础上，开展各向异性参数场的求取和迭代，进一步解决各向同性成像方法由于假设的局限性对成像的影响，达到提高和改善成像精度及成像位置准确度的目的。

通过该技术所建立的速度模型在叠前深度偏移中的应用，使叠前深度偏移成像的地层产状更加真实可靠，与钻井信息更加吻合，提高了成像的精度和准确性，基本满足了勘探需求。

图4是叠前深度偏移的成像与钻井信息的对比。通过对比可以看出，应用该方法所得到的地层倾角与钻井的倾角基本一致，较原来时间域的成像更加真实合理(图4(a))：原来应用叠前时间偏移所确定的井位位于目的层的构造顶点上，但在深度偏移的剖面上确有一定的偏差——并非在构造高点上，而是在构造的北翼，钻井的倾角信息也充分证实了深度偏移的正确性和速度模型的合理性。

图5是目的层位置的切片对比，结合图4目的层的成像不难看出：目的层的成像在应用新技术后较原来时间域的成像更加更清晰，构造的幅度及高点位置与原有时间域成像相比发生了明显的改变。而且深度域成像的构造幅度及高、低关系更加明确，能够满足了构造研究的需求，可见现有的成像品质明显好于原来时间域的成像品质。

根据最新的成像结果对目的层进行解释，所解释的构造圈闭面积与原有成像的构造圈闭面积存在一定的偏差，构造高点也发生了一定的偏移。地质解释人员根据最新构造解释成果在现有新成像的构造高点位置部署了两口井位，在后期的勘探中均获得高产工业气流。

3 结束语

以上研究和应用说明，在地表、地下复杂的工区，有必要开展基于“真地表、多技术、多信息”联合的配套速度建模技术。真地表偏移基准面的选取可有效解决地表剧烈变化时应用较大圆滑偏移基准面对地震波场的改变，提高旅行时计算的精度；初至层析近地表速度建模技术可获得高精度的浅表层速度，弥补反射层析技术在该区域应用的不足；多技术、多信息反射建模技术的应用为合理求取反射速度奠定了基础，各向异性技术的应用使得叠前深度偏移成像位置更加可靠。该技术在实际资料的应用效果也为该区其他成像项目的运行树立了典范，并在生产中得到推广应用。