沿层速度建模实际上就是叠前深度偏移的迭代处理过程, 由初始速度模型产生叠前深度偏移CIP(共成像点)道集, 类似于NMO, 速度误差主要体现在同相轴是否校平。通过对CIP道集进行剩余动校正分析, 拾取量化的剩余动校正量。由于在叠前深度偏移运算过程中, 上覆地层的速度会对下伏地层的速度场产生影响, 即速度误差会向下传递。因此CIP道集的剩余动校正量不能直接转换为剩余速度, 需要采用层析成像法进行速度调整, 从而达到消除剩余动校正、修正速度场的目的, 最终速度模型是在多次迭代、反复修改的基础上建立的。

常规速度分析基于层状模型, 利用偏移距道集拉平进行的速度分析, 能够确定总体沉积地层速度模型, 利用沉积层充填的方法能够确定盐丘边界。但是, 很难确定盐体速度模型, 值得关注的是沿层速度分析的精度较低, 盐下小幅度构造(图2中虚线椭圆)没能在分析确定的模型中恢复出来。不仅如此, 在设计的速度模型中(如图1), 岩盐体的速度是横向不变的, 纵向速度变化趋势很小, 速度比较均匀。在沿层速度建模的结果中(如图2), 岩盐体纵向速度也比较均匀, 但是却明显可以看到速度的横向变化, 并且这种变化与盐丘位置密切相关。对应盐丘正下方分析速度变小(如图2黄色箭头所标识的位置), 盐丘两侧分析速度变大(如图2中蓝色箭头所标识的位置), 这完全是由基于道集的速度分析方法引起的偏差。图3就是利用正演模拟的地震数据, 直接使用这样基于层状介质假设分析得到的速度进行RTM偏移成像试验, 会造成盐丘正下方对应的假构造(如图3, 箭头指示了盐下假构造位置)。同时, 可以看出, 由于盐丘分析速度不准, 导致盐下地层出现多条小断层, 这些现象在实际资料处理中都是常见的。因此, 对于盐丘之下的背斜构造或者断块构造必须十分警惕, 它们很可能是速度不准造成的假象。

图1

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	图1 西非某区块盐丘模型

如何消除巨厚盐丘引起的速度误差, 使得盐丘以及盐下构造准确成像, 清晰刻画盐丘的形态、边界、分布以及盐丘下方的构造形态是改进的速度建模方法^{[10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18]}要解决的关键问题, 因此, 笔者提出把盐丘围岩(沉积地层)的速度分析与盐丘内部盐岩层速度分析分开进行, 提出如下速度建模技术路线(图4)。

图2

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	图2 沿层速度建模结果

图3

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	图3 沿层速度分析的误差造成盐丘正下方出现假构造

图4

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	图4 改进后的速度建模技术路线

将该方法叫做三步法速度建模, 其中包括三个速度建模步骤:①盐丘之上地层沿层速度建模; ②盐丘体速度建模; ③盐丘之下地层沿层速度建模。

具体实现过程:

第一步:盐丘之上地层的速度建模方法。采用沿层速度建模, 即:沿用传统的时间域到深度域逐步逼近修改的方法。依据时间、深度域成像道集剩余延迟, 修改速度模型。其方法是:①时间域叠前偏移确定均方根速度; ②时间域解释层位, 提取沿层均方根速度, 求取时间域初始层速度; ③将时间域初始层速度和时间层位转化到深度域; ④用深度域初始层速度做深度偏移, 生成深度域成像道集; ⑤根据成像道集剩余延迟, 沿层或网格层析反演速度修正量, 优

化深度域层速度模型。

第二步:盐丘体速度建模方法。①假定盐丘上覆地层速度已知, 扫描不同盐岩层速度, 对盐丘构造作RTM; ②比较不同速度成像的盐底反射层位归位效果, 选择最佳成像效果对应的速度值作为盐丘体速度。

第三步:采用与第一步同样的方法, 完成盐丘之下地层沿层速度建模。

图5是三步法速度建模的结果, 图6是利用正演模拟的地震数据, 使用三步法速度建模的结果, 进行RTM偏移成像试验的偏移结果。

图5

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	图5 三步法速度建模结果

图6

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	图6 利用三步法建模结果作RTM的偏移结果

从图1与图5结果对比, 可以看出三步法所建立的速度模型(图5)与真实速度模型(图1)很相近; 从图2和图5的比较结果中可以看出, 三步法建模结果中, 盐丘正下方和盐丘两侧的分析速度趋于一致, 消除了单一沿层速度建模方法引起的速度偏差, 提高了盐丘内的速度分析精度, 盐丘翼部形态都得到了较好的表达。在此基础上, 盐丘之下地层的速度精度也随之提高, 盐下小幅度构造得到了恢复, (如图5中虚线椭圆所示), 从图3和图6对比中可以看出, 利用三步法的建模结果作RTM偏移成像试验的偏移结果(如图6), 消除了盐下出现的假构造, 使盐下小幅度构造背斜细节得到准确成像, 实现了对盐丘边界及盐丘侧翼的准确归位。模型试验证明, 三步法建模方法适用于复杂盐下构造的速度建模, 并且可以保证逆时偏移的高精度成像。

子波主要应用于炮点波场正演过程中的模拟记录。从理论上讲, 子波的主频应当选择与野外采集的激发子波一致, 这样, 在实际地震记录与合成记录的反射波场作互相关成像时才能反映波场在地下传播的真实情况。

实际地震数据处理中, 子波的选择是依据试验, 通过比较成像质量来确定的。图7是对二维合成记录模型作不同子波成像处理的结果对比, 正演子波的真实频率是25 Hz。试验中分别选择不同主频的子波, 如偏小、偏大, 并把成像结果与真实子波的成像结果比较。当子波频率选择偏小(10 Hz)时, 并不影响成像质量, 但浅层噪声明显增强, 盐丘翼部速度变化大的区域噪声也增强; 频率降低使得深度1 500 m处相互靠近的两个反射层变得不容易分开, 也使得深度2 500 m附近原来分开的两个反射波组变成了复合波, 改变了波组特征。当子波频率选择偏大(40 Hz)时, 如图7所示, 对成像质量的提高没有明显作用, 也不会带来新的噪声。不过, 仔细对比图中深度1 500 m处的同相轴, 相对于正常的25 Hz子波成像结果, 40 Hz主频成像结果确实提高了成像分辨率。

图7

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	图7 不同主频子波成像处理的结果对比

因此, 选择较实际子波低的主频可能会带来附加噪声, 改变波组形态, 但总体构造特征不会改变; 而选择偏高的主频, 尽管能够在某些位置提高分辨率, 相当于在地下成像点提高了两个相关波形其中之一的主频, 确实能够提高相关结果的分辨率, 但这种分辨率的提高是没有物理基础的纯粹数值计算, 在高频噪声较发育的情况下, 这样做会使噪声成像, 降低成像质量。所以, 主频降低的直接优点是大大降低了机时, 使得逆时偏移的速度成数量级地提高, 这为实现逆时偏移^[19]成像提供了有利条件; 而正演主频的提高会造成计算量成数量级的增加, 浪费计算资源, 延长处理周期。

因此, 在利用逆时偏移进行速度建模时, 或者在测试确定逆时偏移的成像参数时, 可以选择比实际主频低的频率进行快速逆时偏移试验。

偏移孔径^[20]是指偏移算子最大空间延伸的距离。若偏移孔径太小, 偏移收敛绕射双曲线的能力较差, 存在倾角滤波作用, 导致陡倾角成像不准, 使剖面中陡倾角部分变得模糊不清, 破环了倾斜同相轴的连续性; 反之偏移孔径太大, 一是偏移计算量增加, 造成资源和时间的浪费; 二是会引起过多的偏移噪声, 降低资料的信噪比。

通常选择工区关键位置单炮进行局部成像分析, 以便帮助确定偏移孔径的大小。但单炮成像结果在边界处有画弧现象, 可能是成像噪声, 也可能是有效信息, 所以, 利用单炮成像结果难以准确确定偏移孔径。笔者提出利用共成像点道集, 通过分偏移距叠加, 依据对不同叠加结果有效信息的识别, 确定偏移孔径。

图8

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	图8 不同炮偏移距成像道集叠加对比

图8是不同偏移距(可以看作是常规偏移距的一半)成像结果的叠加显示。从图中可以看出, 0~1 000 m的偏移距成像道集叠加已经基本反映出了盐丘及盐丘以下的反射层特征; 1 000~2 000 m的偏移距成像道集叠加反映的是盐丘两翼高速石膏盐及浅层的强反射, 可见波动方程成像不局限于射线路径的反射波, 强能量的散射同样能够成像; 2 000~3 000 m偏移距成像道集叠加反映的是盐丘边界的陡构造及局部特别强烈的石膏盐散射, 由此可见, 远偏移距对于盐丘翼部的成像十分重要; 3 000~4 000 m偏移距成像道集叠加反映的是微弱的盐丘边界反射, 基本已看不出明显的成像能量, 说明大于3 000 m的成像已不能增加任何有用信息。所以, 根据不同偏移距成像道集叠加, 可以确定偏移孔径单侧范围应小于3 000 m。

偏移网格是指在实际地震资料处理时, 对偏移数据体加载的网格大小进行约束, 目的是为了提高偏移结果x和y方向横向分辨率以及深度z方向的垂向分辨率。盐下构造由于盐丘速度与围岩地层差异大, 且厚度横向变化大, 造成地震波场复杂及时间域构造成像畸变, 所以, 偏移网格主要影响x和y方向横向分辨率。在实际逆时偏移数值计算时, 对偏移网格有一定的限制。首先, 如果偏移网格选取过大, 会造成逆时偏移脉冲响应中出现数值频散问题, 因此, 要提高逆时偏移成像精度, 必须保证偏移网格参数满足数值频散^{[21, 22, 23, 24, 25, 26]}关系式(1)和式(2)的上限要求

Fmax=vmin/λ, (1)λ=n×Δh。(2)

式中:F_max为最大偏移频率; v_min为最小速度; λ 为地震波长; Δ h为最大偏移网格; n为最短波长所占的空间节点数(与差分近似阶数相关, 16阶差分时可取为2.5)。

其次, 偏移网格的选取尽量小于等于野外实际采集的面元大小, 因为, 如果偏移网格大小超过野外实际采集的面元大小, 对浅、中、深层成像细节特征的清晰度、准确性降低, 从而影响整个成像剖面的质量。

偏移网格选取太小, 会造成网格点个数庞大, 增加计算量, 并且会在深层产生过多的地震数据插值, 增大噪声, 影响深层的偏移成像质量。

在实际成像处理中, 结合实际采集数据来对偏移网格大小做出合理选择。针对盐下构造特点, 主要测试偏移网格大小对x和y方向横向分辨率的影响, 该研究区地震资料工区采集面元为25 m× 10 m, 根据建模结果显示, 深度域速度模型的最小速度为2 600 m/s; 实际资料中最大偏移频率为40 Hz, 根据公式(1)式和(2)式的上限要求, 可以确定该工区最大允许的偏移网格为26 m。所以, 沿x和y方向分别测式了40 m× 40 m网格, 10 m× 10 m网格, 20 m× 20 m网格, z方向统一选定为10 m(图9)。

图9

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	图9 不同偏移网格对应的实际地震资料逆时偏移成像剖面

由图9可知, 10 m× 10 m网格浅层信号分辨率较高, 但深层噪声增大; 20 m× 20 m网格基本保留了10 m× 10 m网格的浅层信号特征, 同时深层噪声干扰较少, 目的层成像清晰; 40 m× 40 m网格成像图中可以看出, 盐丘构造刻画不精确, 盐下目标反射不清楚。最终选20 m× 20 m网格作体偏移比较合理。