海相碳酸盐岩成像道集的层析速度分析
(中国尤氏大学(华东)地球科学与技术学院，山东青岛266555)
基金项目:国家863项目(2009AA06Z206)和中国尤氏大学(华东)研究生创新工程重点项目。
作者简介:秦宁，女，在读博士生，主要从事偏移速度分析、层析反演和波形反演。邮箱:geoqin@163.com .
摘要:随着世界经济对油气资源需求的不断增加，碳酸盐岩储层的勘探开发逐渐被提上研究日程。复杂地表、地下复杂陡峻构造、极深目标反射体和复杂储层是碳酸盐岩地震勘探面临的主要地震地质问题。这些特点使得基于水平层状介质假设的适用于碎屑岩的常规处理方法的精度受到限制。叠前深度偏移成像技术是提高海相碳酸盐岩地区地震资料质量，提高深层复杂构造和岩性成像精度的有效技术。为了在碳酸盐岩勘探区实现精确的叠前深度偏移成像，有必要研究相应的速度分析方法。本文提出了成像道集的层析速度分析方法。利用波动方程双平方根算子叠前深度偏移提取的角域* * *成像点道集作为速度分析道集，基于自动拟合方法拾取深度残差并转换为旅行时。一方面，角道集可以更准确地反映速度与深度的耦合关系，减少伪影的干扰，因此由它们得到的旅行时差更准确；另一方面，该方法对应的射线追踪正演正好可以将层析成像中的复杂反射分解为向上和向下两种透射，简化了问题，提高了灵敏度矩阵的计算效率和精度，使速度分析结果更加准确。地震地质模型和海相碳酸盐岩实际资料的试算结果表明，该方法得到的深度域速度场准确，层位界面深度误差小，质量较好的叠前偏移结果可以解决海相碳酸盐岩勘探区的速度分析问题，但低信噪比的叠前偏移数据会对层析反演的精度产生较大影响。
关键词:海相碳酸盐岩；旅行时间色谱法；速度分析；角度聚集；灵敏度矩阵
海相碳酸盐岩勘探区基于图像道集的层析成像速度分析
秦宁、李振春、杨晓东、张凯
(中国石油大学地球科学学院，青岛266555)
随着世界经济发展对油气资源需求的增加，碳酸盐岩储层的勘探和开发成为研究热点。海相碳酸盐岩勘探区的主要地震地质问题是近地表崎岖不平、复杂陡峻的地下构造、深层目的反射层、复杂储层等，这使得应用于碎屑岩区的水平层状介质假设下的常规处理方法无能为力。叠前深度偏移是提高海相碳酸盐岩地区复杂构造地震资料质量和成像精度的有效技术。为了在碳酸盐岩地区实现准确的叠前深度偏移，必须首先研究相应的速度分析方法。本文提出了一种基于图像道集的层析成像速度分析方法，该方法利用带波动方程双平方根算子的叠前深度偏移的角度域共成像道集作为速度分析的道集，通过自动拟合的方法由深度残差得到旅行时残差。一方面，ADCIGs能准确反映速度与深度的耦合关系，几乎没有伪影，走时残差精度高。另一方面，在相应的射线追踪方法中，可以将复杂的反射分解为向上和向下的透射，从而简化了正演问题，提高了灵敏度矩阵计算的效率和精度，使得速度分析的结果精度更高。通过海相碳酸盐岩地区地震地质合成数据集和实际数据集的实例，说明该方法反演的速度场具有准确的速度值和界面深度，产生了高质量的叠前深度偏移结果。该方法可以解决海相碳酸盐岩勘探区的速度问题，但低信噪比的叠前地震资料会影响层析成像速度分析的精度。
关键词:海相碳酸盐；旅行时间层析成像；速度分析；角度域共成像道集；灵敏度矩阵
介绍
随着世界经济的快速发展，常规勘探开发已不能满足日益增长的油气需求，人们把目光投向了非常规油气藏。近年来，海相碳酸盐岩油气勘探逐渐被提上研究日程。总的来说，复杂地表、复杂地下和陡构造、极深目标反射体和复杂储层是碳酸盐岩地震勘探面临的主要地震地质问题。这些特点使得基于水平层状假设的适用于碎屑岩的常规处理方法的准确性受到限制。地震叠前成像技术是提高海相碳酸盐岩地区地震资料质量，提高深层复杂构造和岩性成像精度的有效技术。叠前偏移方法对速度场非常敏感，需要准确的速度信息才能获得反映真实地下结构的理想成像结果。因此，如何合理有效地获得高精度的偏移速度场成为解决海相碳酸盐岩地区地震勘探的关键问题。
目前，基于射线理论的走时层析成像是工业上应用最广泛的精细速度建模工具。常规的走时层析成像主要是基于炮集或CMP道集获得的走时来更新速度场，在资料质量较差的情况下无法区分反射同相轴，带来较大误差，导致反演结果不准确。然而，基于CRP道集或CIP道集的走时层析成像在射线追踪正演模拟中需要考虑复杂的反射问题。当初始模型严重偏离真实模型时，需要更多的迭代。本文提出了一种角度域* * *成像点道集(简称ADCIGS)层析速度分析方法，该方法可将层析成像中的复杂反射分解为向上和向下两种透射，深度偏移后得到角度道集，可准确反映速度与深度的耦合关系，减少伪影干扰等。，所以得到的旅行时差更准确可靠，反演结果更准确，可以更好。
1法原理
1.1旅行时间层析成像
地震走时层析成像的线性方程可以表示如下:
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其中:L是灵敏度矩阵，其中的元素对应于网格中射线的射线路径长度；δ t是旅行时间差向量；δ s是要反演的慢度更新，用于更新速度场。
从公式(1)可以看出，利用走时层析成像更新速度场的关键在于灵敏度矩阵的确定和走时差的计算。灵敏度矩阵的确定通过高效的射线追踪正演模拟获得，其矩阵元素aij表示第J个网格中第I条射线的射线路径长度。确定旅行时差有两种方法:直接法和间接法。直接方法是将炮集或共中心点道集拾取的旅行时与相应射线追踪的旅行时进行比较，得到旅行时差；间接法是通过深度残差转换获得旅行时差。然后沿射线路径反投影旅行时差得到慢度更新，从而更新速度。
1.2旅行时差的计算
本文采用自动拟合和人工控制相结合的方法提取角道集的深度残差。限于篇幅，这里就不详细介绍了。在角度域的* * *成像点道集上，拾取每个* * *成像点的深度残差，然后转换成旅行时差。其中，深度残差与旅行时差的转换关系如图1所示。
图1旅行时差δ T与深度残差δ Z转换关系示意图
如图1所示，由于界面位置的变化，射线发生变化(即真实射线变为新射线)，多出来的路径长度δ L = A1+A2，由此产生的旅行时差δ T = δ L s .根据图1所示的几何关系，不难得到
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将公式(3)代入公式(2)，我们可以得到
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那么旅行时差和深度残差之间的转换关系是:
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其中:δt为旅行时差；δ z是深度残差；s是成像点的慢度值；α是反射层的倾斜角；β为射线入射角，对应于角度域成像点道集的角度。
1.3射线追踪和灵敏度矩阵的计算
旅行时层析成像一般采用简单高效的射线追踪方法计算灵敏度矩阵。本文提出的层析速度分析方法要求射线追踪的每条射线方向必须对应角度域* * *内成像点道集的角度，反射可分解为向上和向下两种透射，不考虑复杂的反射问题，在一定程度上降低了射线追踪的难度，提高了灵敏度矩阵的计算精度。因此，基于角度域成像点道集的速度层析成像优于基于其他道集的速度层析成像是一个重要方面。
本文采用一种精确而有效的射线追踪方法——恒速梯度法(甘兰，1985)来获得灵敏度矩阵。在模型参数化过程中，采用矩形网格划分速度场。然后根据角道集的局部角度和反射层的倾角确定射线追踪的角度。从角道集对应的成像点开始，按照射线的入射角和固定的步长进行射线追踪。最后累加第j个网格中第I条射线的步长，得到其矩阵元素lij。射线追踪步长可以根据灵敏度矩阵的精度要求手动选择，具有很大的灵活性，可以提高计算效率。
1.4走时层析反演的实现方法
本文研究的海相碳酸盐岩成像道集速度分析的实现过程包括以下步骤:
(1)初速度模型的建立。利用叠加速度转换成的层速度进行叠前深度偏移，在偏移剖面上得到层位界面，加上海相碳酸盐岩勘探区实际地震和地质特征的约束，生成层析成像的初始速度场。
(2)获得灵敏度矩阵和旅行时差。基于层析成像的初始速度场，通过射线追踪正演模拟得到角度域成像点道集对应的灵敏度矩阵；根据资料的实际情况，按一定的角度范围提取成像道集(ADCIGs)，拾取各层位的深度残差，转换成旅行时差。
(3)利用正则化和先验信息的色谱反演。利用得到的旅行时差和灵敏度矩阵，根据公式(1)建立反演方程，通过加入正则化和先验信息反演慢度更新，从而更新速度。
(4)利用速度分析准则确定是否迭代。根据角度域* * *(即旅行时差是否接近零)成像点道集上同相轴的平坦程度和速度的精度要求，决定是否进行下一次迭代。如果需要继续迭代，则返回第一步重复此过程，如果已经满足精度要求，则退出循环。速度迭代更新完成后，进行误差分析和灵敏度分析。实现步骤如图2所示。
图2海相碳酸盐成像道集速度分析流程图。
2模型和实际数据试算
2.1地震地质模型试算
以下是典型地震地质模型的层析反演处理结果。该模型覆盖了许多复杂的地质体，包括高陡逆冲断裂、各种高速体(如火山岩)和许多小断块的连接。该模型采用常规速度分析得到的层速度场作为偏移的初始速度场，层析速度分析采用80个* * *成像点，角度域采用36个角度采集* * *成像点(角度范围0 ~ 35，角度区间1)。图3显示了初始叠前深度偏移剖面和建立的层析成像初始速度场。图4示出了初始角道集和层析成像后的角道集之间的比较，可以看出层析成像后的角道集的平坦性更好。图5示出了断层摄影更新之后的速度场及其对应的叠前深度偏移剖面。图6显示了x = 6010m处的初始层析速度、反演速度和真实速度的对比。从图5(a)可以看出，除了左边界的逆冲断层薄层和上覆岩层中的极薄层外，其他位置的构造都可以明显反转；从图5(b)可以看出，反射界面已经基本回到正确的位置，成像效果良好。得到的层析速度场与该区地质条件基本一致，精度较高，为后续处理解释提供了良好的前提条件。
2.2海相碳酸盐岩勘探区实际资料的试处理
以下是某海相碳酸盐岩勘探区实际资料的层析反演处理结果。该资料速度变化大(3000 ~ 6500米/秒)，目的层埋藏深，资料信噪比低。在层析速度分析中，使用了80个* * *成像点，在角度域* * *成像点的采集中使用了39个角度(角度范围0 ~ 38，角度间隔1)。图7显示了初始叠前深度偏移剖面和建立的层析成像初始速度场。图8示出了初始角聚集和层析成像后的角聚集之间的比较。可以看出，层析成像后的角道集具有更好的连续性和更准确的界面位置。图9示出了层析成像后的速度场及其叠前深度偏移剖面。可以看出，更新后的速度场中的速度值和速度界面更加真实，由此得到的叠前深度偏移剖面中的界面得到了很好的回归。但由于这种方法受资料信噪比影响较大，反演结果的精度低于理论模型，有待今后改进和完善。
图3叠前深度偏移剖面(a)和由此建立的层析成像初始速度场(b)。
图4初始角道集(a)和层析成像更新角道集(b)
图5层析成像更新后的速度场(a)和叠前深度偏移剖面(b)。
图6 x = 6010m处初速度、色谱更新速度和真实速度对比。
图7叠前深度偏移剖面(a)和由此建立的层析成像初始速度场(b)。
图8初始角道集(a)和断层摄影更新角道集(b)
图9层析成像更新后的速度场(a)和叠前深度偏移剖面(b)。
3结论
海相碳酸盐岩成像道集的速度分析可以准确反映速度与深度的耦合关系，减少虚假图像的干扰。与其他道集层析成像反演方法相比，该方法得到的旅行时差更准确，从而使速度反演更准确。另一个优点是在光线追迹的过程中，不需要考虑复杂的反射问题，因此可以使用快速准确的光线追迹方法。模型试算和实际资料结果表明，该方法速度反演精度高，计算速度快，获得了良好的叠前偏移结果，可以很好地解决海相碳酸盐岩勘探区的速度分析问题，但低信噪比的叠前偏移数据会对层析反演的精度产生较大影响。
参考
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