偏移速度建模与成像技术

摘 要

摘要：偏移速度建模的准确性直接影响偏移成像的效果。克希霍夫积分法叠前时间偏移，虽能部分适应速度纵横向的变化，但由于没有考虑射线弯曲，所以在速度纵向变化较大时偏移效果并不
摘要：偏移速度建模的准确性直接影响偏移成像的效果。克希霍夫积分法叠前时间偏移，虽能部分适应速度纵横向的变化，但由于没有考虑射线弯曲，所以在速度纵向变化较大时偏移效果并不理想。而弯曲射线各向异性叠前偏移方法则考虑了成像射线的弯曲及速度各向异性，更有利于消除了地层倾角和反射点弥散的影响，建立的速度模型更准确、更符合地质变化规律。采用沿层速度分析技术获得目的层面上准确的速度信息，通过CRP反偏移速度分析技术逐步优化速度模型，借助弯曲射线叠前时间偏移方法取得显著的成像效果。同时指出了在速度纵横向变化剧烈、地下构造复杂时，深度偏移才能恢复地下真实构造形态。采用相干反演法与均方根速度转换法联合建立层速度模型，利用层析成像技术优化地质模型，通过深度偏移方法研究和偏移效果的对比，总结了建立精确偏移速度场的方法和步骤，使速度建
关键词：地震勘探；偏移成像；射线路径；速度；分析；波动方程；数学模型；效果
1 时间域速度分析与偏移成像
    叠后时间偏移无法考虑射线传播的折射效应，致使聚焦不良[1]。叠前时间偏移成为时间域成像的最佳选择。特别是弯曲射线各向异性叠前时间偏移比叠后时间偏移取得更理想的成像效果，采用沿层连续速度分析技术获得层面上准确的叠加速度(比常规的隔线分析速度信息量大、精度高)，通过倾角校正及CRP反偏移速度分析技术逐步优化速度，得到符合地质规律的准确的均方根速度场，为建立层速度场奠定基础。
1.1 沿层连续速度分析
    沿层连续速度分析是沿时间域的层位T0时间计算逐个CMP的叠加速度。沿层速度谱使目的层界面上的速度信息量增加，极大地提高了速度的横向分辨率，同时由于以层位进行速度分析，速度平面图能大体反映出构造形态变化，特别是地层的倾角变化情况。
1.2 基于CRP道集的均方根速度分析
    将沿层反演出的叠加速度进行倾角校正转换成均方根速度，利用CRP道集反动校的方法进行速度优化(图1)。从对比图中可以看出，由于叠前时间偏移消除了地层倾角和反射点弥散的影响，得到的CRP反映同一反射点的信息，此时时距曲线更接近双曲线理论假设，分析的均方根速度更准确、更符合地质变化规律。
1.3 叠前时间偏移
克希霍夫积分法偏移最主要的特性之一就是它能够基于地震记录，选择激发点和相应的地震波射线束进行目标偏移成像[2]。
假设介质是均匀且为完全弹性，纵波波动方程为：
 
式中：v为波的传播速度，m/s；p为波场函数。
假设闭合曲面S0由A0和A两部分组成，其中A0是地面观测平面，A为部分球面，球面半径趋于无穷大。故式(1)可表示为：
 
式中：p(x，y，z，t)为闭合曲面S0上某个观测点R(x，y，z)处的波场函数值；p(x0，y0，z0，t0)为闭合曲面S0上某个观测点R0(z0，y0，z0)处的波场函数值；n为闭合曲面的外法线方向；G为格林函数。
根据边界条件，由式(2)推导出克希霍夫积分式：
 
故可得到：
 
根据成像理论，t=0时实现三维空间偏移归位：
   
1.4 射线弯曲理论
    对于双均方根公式，通过高阶项逼近得到提高。即
   
修改系数c4可简化为：
 
   对于3D Kirchhoff叠前时间偏移而言，总旅行时可表示为：
   
式中：S、R为炮检点到成像点的距离[3]。
    克希霍夫积分法叠前时间偏移，考虑了复杂陡倾界面的地层倾角及反射点弥散问题，能部分适应速度在纵横向的变化[4]。由于没有考虑射线弯曲，所以在速度纵向变化较时偏移效果不理想弯曲射线各向异性叠前时间偏移，由于它考虑了成像射线的弯曲及速度各向异性，更符合地下实际，成像效果明显优于直射线叠前时间偏移，在断层成像、断块划分能力以及目的层内幕反射特征上有很大的改善(图2)。
 
2 深度域速度分析与偏移成像
2.1 层速度模型与深度模型的建立
   采用均方根速度转换方法估算层速度与相干反演相结合的方法进行层速度模型的建立。通过叠前时间偏移迭代后，均方根速度模型比较准确，在一定程度上符合地质变化规律。对于水平层状或单倾的介质，均方根速度模型转换的方法能得到较好的初始模型，并通过层析成像模型优化能得到精确的速度模型。对于地层倾角变化较大、速度不均一的复杂断块，简单的速度转换方法不能合理地描述速度结构。采用相干反演法与均方根速度转换法联合建立层速度模型，相互验证速度的合理性精度更高。通过分析沿层剩余速度，利用三维层析成像技术修改层速度模型优化地质模型，建立最优速度-深度模型刚(图3)。
 
2.2 三维叠前深度偏移方法对比
    三维叠前深度偏移方法主要采用克希霍夫积分法，优点是计算效率高，对野外观测无任何限制适应能力强，且能较好的适应大倾角偏移，具有抗假频能力；缺点是射线多路径问题、焦散、振幅保真处理问题和分辨率低等。研究人员通过两种途径来解决不足：①对现有的克希霍夫法在旅行时计算和偏移方法方面进行改进，如从首波旅行时计算向基于波前重建的旅行时计算，其中考虑了多个射线，并且是利用体波旅行时、相对保幅处理和基于模型的孔经定义等，改进后的成像结果其构造细节更加清楚可靠；②发展新的偏移方法，借助于高性能的PC-CLUSTER微机集群，采用波动方程偏移方法，其成像结果更好。图4可看出波动方程叠前深度偏移在深层断点归位准确、振幅频率保持较好，成像精度更高[6]。
 
3 结束语
    综上所述，各向异性弯曲射线叠前时间偏移比直射线叠前时间偏移在成像能力上有更大优势。但在速度纵横向变化剧烈时，要恢复地下构造形态及复杂断块成像时，必须进行深度偏移。尽管叠前深度偏移方法是提高成像精度的必要手段，但真正影响成像精度的是速度模型。因此，层速度反演及精细速度建模成为叠前深度偏移处理的关键环节。从克希霍夫积分法与波动方程叠前深度偏移的研究对比结果中可以看出，波动方程叠前深度偏移断点归位准确、频率振幅特征保持较好，在复杂构造成像及岩性勘探中确实有它的优势，是解决复杂构造地震资料处理的新途径。但是克希霍夫积分算法有很强的适应性和高效的运算能力及目前不断改进的算法提高了偏移精度。因此，可以结合两种算法的优势，取得更好的偏移效果。
参考文献
[1] 熊翥.复杂地区地震数据处理思路[M].北京：石油工业出版社，2002.
[2] 王棣，王华忠，马在田，等.叠前时间偏移方法综述[J].勘探地球物理进展，2004，27(5)：312-319.
[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] 罗银河，刘江平，董桥梁，等.Kirchhoff弯曲射线叠前时间偏移及应用[J].天然气工业，2005，25(8)：35-37.
[5] 张建伟，强芳青，贺振华，等.三维叠前深度偏移在复杂断裂区的应用[J].天然气工业，2004，24(3)：52-54.
[6] 张敏，李振春.偏移速度分析与建模方法综述[J]，勘探地球物理进展，2007。30(6).422-426.
 
(本文作者：王小卫1，2 刘文卿2 徐兴荣2 张小美2 蒋波2 1.中国地质大学；2.中国石油勘探开发研究院西北分院)