笔者采用初至波旅行时反演方法建立崎岖海底区的速度模型。数据来源于南海北部陆坡珠江口盆地东部海域。该海域海底崎岖, 海底浅部沉积层构造复杂(图1c)。OBS与多道地震同步记录, OBS沿着多道地震布设。激发震源为G.I枪组合震源, 沉放深度为5 m, 炮间距25 m, 总共激发814炮。接收电缆沉放深度5 m, 接收道数192, 最小偏移据125 m, 道间距12.5 m, 采样率1 ms, 记录长度5 s。整条测线长约22 km, 有效OBS总共19个, 布设在5~15 km的区间上, OBS的间距大为500 m左右, 最大偏移距达15 km。OBS数据记录长度为10 s, 采样率为2 ms。该数据质量较高, 所有的19个OBS数据上都存在丰富的折射波信息(图2)。

图1

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	图1 研究区位置(a)多道地震和OBS的测线位置(b)以及多道地震叠加剖面(c)

图2

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	图2 OBS数据上的初至折射波

首先对OBS数据进行预处理, 主要包括重定位以及带通滤波。由于海流和海底地形的影响, OBS一般偏离设定的位置。重定位是OBS数据应用的基础^[12]。利用直达波的旅行时采用最小二乘的方法确定OBS在海底的位置。重定位表明, OBS偏离多道地震测线的最大距离约为100 m, 带通滤波的频带范围为4~12 Hz。

旅行时反演的第一步是初至旅行时拾取。在带通滤波处理之后的数据上拾取总共19个OBS数据上的初至旅行时(图2 所示), 总共拾取了 9 885 个旅行时。在信噪比较高, 能量较强的地方, 旅行时拾取误差大约为20 ms; 在大偏移距能量较弱的地方, 旅行时拾取误差大约为80 ms。

旅行时层析是地震成像的经典方法, 它用旅行时作为输入, 通过极小化计算旅行时与拾取的旅行时的差异来获得能够最佳拟合观测旅行时的速度模型。初至旅行时反演仅仅利用地震数据中的初至旅行时, 主要是折射波初至旅行时。初至波旅行时反演在理论上和方法上都比较成熟, 有较多的开源程序^{[13, 14, 15, 16]}。笔者采用开源程序profit^[17]实现上述线性近似迭代反演的过程。该程序基于射线密度采用自适应的方式对模型进行参数化; 采用改进的弯曲射线方法计算炮检点之间的射线路径以及Jacobi矩阵; 采用阻尼最小二乘方法。反演的间隔横向是100 m, 纵向间隔是50 m。旅行时反演采用层状介质作为初始模型, 其中海底的深度由多波束数据精确控制, 初始模型如图3所示。

图3

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	图3 旅行时反演的初始模型

在崎岖海底区, 时间偏移方法难以给出准确的成像, 笔者利用叠前深度偏移方法对多道地震进行成像。首先, 对多道地震数据进行成像前的处理, 主要包括观测系统建立、球面扩散补偿、随机噪声衰减以及多次波衰减等。经过石油工业多年的发展, 已经发展出非常多的叠前深度偏移方法, 而且在实际数据上得到广泛的应用^[18], 主要包括基于射线理论的Kirchhoff、高斯束方法^{[19, 20]}, 基于波动方程分解的单程波方法^{[21, 22]}以及基于波动方程的RTM方法^[23]。基于不同假设的成像算法的精度和效率各不相同, 笔者选用分裂步傅里叶^[24]方法对多道地震进行成像, 该方法基于速度场分裂的思想, 在常速背景下作相移处理, 针对变速扰动作时移校正。它既可以适应速度的横向变化, 又保证了非常高的计算效率。

由于海底地形崎岖、海底浅部沉积构造复杂, 深水崎岖海底区的地震成像是深水油气勘探的难题之一。地震成像的难点主要包括地震能量散射、多次波复杂以及速度模型难以建立等几个方面, 其中速度模型的建立是最重要的难题之一。笔者将初至旅行时反演方法应用于深水崎岖海底的速度建模。较小的旅行时残差以及合理的成像结果都表明了该方法的有效性。

影响速度模型精度的因素包括技术和理论两个方面。在采集技术方面, 由于海底崎岖以及海流的影响, OBS在海底的位置一般都偏离设定的位置, 这就使得OBS在海底的位置难以满足一条直线。笔者能够用二维的方法建立有效的速度模型的一个很重要的前提是OBS偏离多道地震测线的距离较小, 在100 m以内。当偏离量较大时, 应该考虑三维的初至波旅行时层析方法。在理论方面, 射线反演方法仅能提供一个光滑的速度模型。当希望获得更高分辨率的速度模型时, 应该考虑全波形反演方法^[9]。OBS数据偏移距较大、包含低频数据, 这些特点使得OBS数据非常适合于全波形反演^[27] 。

速度模型的建立是深水崎岖海底区地震成像最重要的难题, 笔者通过初至旅行时反演建立崎岖海底区的速度模型, 成像结果表明, 该方法能够有效地建立地震成像所需的背景速度模型。随着OBS数据采集趋于广泛, 利用OBS数据建立速度模型的方法有很好的前景。随着全波形反演方法在理论上和实际上的进步, OBS数据的全波形反演可能会在深水崎岖海底区速度模型的建立中发挥重要的作用。