实现对地下构造的正确成像是地震勘探的主要任务^[1]。而偏移是使倾斜反射归位到它们真正的地下界面位置, 并使绕射波收敛, 以此增强空间分辨率和得到地下界面的地震图像^[2]。在介质速度存在明显横向变化、地层倾角较大或地质构造复杂的情况下, 常规叠后偏移与叠前时间偏移并不能准确地刻画其速度的变化, 因此不能进行正确的反射波偏移成像, 而叠前深度偏移恰恰能弥补这些不足, 体现其在偏移成像上的优势, 但其受速度模型准确性的影响也越大 ^[3,4]。因此要做好叠前深度偏移, 就必须建立好能够宏观反映地下速度变化的地质模型, 以达到精确成像的效果^[4]。

天然气水合物横向速度分布不均匀, 且与断层、碳酸岩盐、渗流和盐底辟等构造有密切关系, 由时间偏移得到的地质成像不准确, 因此必须通过深度偏移得到深度域的地质成像; 在当前的地震勘探中, Kirchhoff积分法叠前深度偏移被广泛应用。利用层析成像手段优化深度域的速度模型, 因其精度高和可靠性大, 目前也被广泛应用^[5]。常用的层析成像方法主要有两种^[6,7,8]:一种是基于模型的层析成像方法, 主要是沿层建模, 需要人工解释层位, 但是可能会由于浅层的速度误差随着深度的增加而累积凸显; 另一种是网格层析成像方法, 无需解释层位, 由于其稳定且可靠的特点, 是目前工业界深偏建模的主流方法。应用高精度网格层析速度反演方法无需人工干预, 充分利用所采集的地震资料信息, 进行速度建模, 是一种地震成像速度反演比较有效的方法。

文中简单介绍了初始速度模型建立, 重点应用高精度网格层析速度反演方法来优化叠前深度偏移速度模型:详细介绍了RCA偏移速度分析原理, 高精度网格层析成像步骤。对实际采集的准三维西沙水合物地震资料速度模型建立的应用效果表明, 此种方法不仅运算效率高, 而且从偏移剖面上可以看出:断层带内的成像精度明显提高, 断裂结构更加清楚, 波组特征明显变好; 能够为研究断层与天然气水合物的关系提供基础资料。

在应用高精度网络层析速度建模技术之前, 需要来自3个方面的数据准备:初始叠前深度偏移后的道集、初始叠前深度偏移后的叠加剖面、初始叠前深度偏移层速度。

文中采用约束速度反演方法^[9]来建立初始速度模型。具体步骤为:首先建立工区并加载共中心点道集, 将加载后的均方根速度利用约束速度反演方法转换成时间域的初始层速度, 进行剩余速度交互分析和拾取, 将计算出的剩余量利用约束速度反演方法再更新到层速度中, 如此迭代; 将更新后的时间域层速度比例到深度域, 并进行目标线的初始叠前深度偏移。

高精度网络层析速度建模技术不同于现有的深度域速度建模技术, 无需人工干预, 充分利用所采集的地震资料信息, 进行速度建模, 是目前地震成像速度反演比较有效的方法。它的基本原理是剩余曲率分析(RCA), 是目前应用最为广泛的深度域速度建模原理。

2.2 高精度网格层析成像技术步骤

1)利用初始深度域偏移道集生成剩余速度谱。

2)在速度谱上完成不同分辨率的剩余曲率自动拾取。如图1、图2, 在初始迭代时, 为保证整个速度大趋势, 可选用低分辨率剩余曲率, 使整个速度误差趋势有所体现; 在后续迭代, 为精确刻画目的层细节, 可选用高分辨率剩余曲率, 使局部构造细节突显。

3)种子点拾取。图3、图4是参与反演拾取的种子点与叠前道集和叠前剖面的叠合显示, 红色和蓝色表示根据地层连续性, 自动提取地震资料内部反射层位, 形成的不同区域的多个反射内部层位。

图1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 低分辨率剩余曲率

图2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 高分辨率剩余曲率

4)在偏移剖面上自动拾取倾角场, 并结合已知地质条件对层析反演进行形态约束, 提高反演的稳定性。图5为自动拾取的倾角场与偏移剖面的叠合显示, 从图中可以看出在构造比较陡的地方, 自动拾取的倾角场的颜色比较深, 相反在构造比较平缓的地方, 自动拾取的倾角场的颜色比较淡。也就是说颜色的浅深代表了不同的倾角范围。

5)射线追踪:利用在第一步拾取的叠前深度偏移的速度, 根据Snell定律向地表发射射线路径, 从大量的射线路径中选取满足炮点— 反射点— 检波点的射线路径。

6)利用之前拾取的的种子点处的剩余曲率、倾角场, 偏移速度以及生成的射线路径进行速度反演, 生成剩余速度场。图6、图7分别显示了生成的剩余速度场与初始叠前道集和剖面的叠合显示, 红色表示剩余速度场相对于初始速度是需要增加的, 这与初始叠前道集向上弯的情况(速度需要提高)的要求是吻合的。

图3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 拾取的种子点与叠前道集的叠合显示

图4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 拾取的种子点与叠前剖面的叠合显示

图5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 自动拾取的倾角场与偏移剖面的叠合显示

图6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 生成的剩余速度场与初始叠前道集的叠合显示

图7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 生成的剩余速度场与初始叠前剖面的叠合显示

将上述高精度网络层析速度反演方法应用于我国南海北部陆坡西沙海域准三维实际地震数据, 原始数据的野外采集工作由广州海洋地质调查局“ 奋斗四号” 船完成, 采用单源单缆的采集方式。野外调查参数如下:面元尺寸为3.125 m× 50 m, 道间距为6.25 m, 炮间距为25 m, 最小偏移距125 m, 记录道数为360, 采样率1 ms。本文选取的南海北部陆坡西沙海域准三维地震数据体的Inline方向范围210~330共121条线, Crossline方向范围为400~5 000, 总计1 740 km的工作量。叠前深度偏移采用了16个结点(单个结点16G内存)并行作业共256核。

选取Inline280, Xline860方向为例, 图8为初始速度模型与初始叠前深度偏移剖面叠合显示, 图9为高精度层析反演迭代后的速度模型与叠前深度偏移剖面叠合显示。对比图上可以看出, 经过Tomo层析反演后的速度模型整个沿层大趋势与偏移剖面的吻合度更高, 不同地层趋势走向在速度模型中更加凸显, 层析反演后的速度模型较初始速度模型改善程度还是比较理想, 精度更高。

选取测线Inline240、Inline230方向为例, 图10为初始叠前深度偏移剖面, 从地震资料品质来看, 该区地表情况复杂, 信噪比较高。图11为高精度层析反演迭代后的叠前深度偏移剖面, 与图10对比从成像效果可以看出, 该地区深层的陡倾角连续性明显增强(尤其是红框内左侧)。图12为叠前时间偏移剖面, 图13为叠前深度偏移剖面, 从偏移成像结果可以看出, 深度偏移较时间偏移更能够表征地下真实成像位置, 深度偏移在陡倾角成像上更加合理、陡倾角连续性增强, 波组特征明显, 尤其在断面成像上更加清晰^{[12, 13, 14]}; 断层成像质量的清楚呈现, 一方面能为深部气源向上运移提供良好的通道, 使气体能够在合适的温压环境下聚集成像, 为水合物的形成创造良好的构造条件; 另一方面, 断层往往对水合物的赋存起到一定的破坏作用, 因为它能够成为水合物分解逸出的通道, 故在一定程度上可以揭示地层之下是否存在水合物。所以深度偏移为研究断层与天然气水合物的关系提供了基础资料。

图8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 初始速度模型与初始叠前深度偏移剖面叠合显示

图9

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图9 Tomo后的速度模型与叠前深度偏移剖面叠合显示

图10

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图10 初始叠前深度偏移剖面

图11

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图11 高精度层析反演迭代后的叠前深度偏移剖面

图12

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图12 叠前时间偏移剖面

图13

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图13 叠前深度偏移剖面

叠前深度偏移的成像质量很大程度上依赖于深度— 速度模型的合理性^[15], 层析成像方法是优化深度— 速度模型的必要手段^{[16, 17, 18, 19, 20]}。从本文采用的高精度网格层析速度反演方法对实际采集的准三维西沙水合物地震资料速度模型建立的应用效果来看, 偏移剖面上断层带内的成像精度明显提高, 断裂结构更加清楚, 波组特征明显变好, 大大提高了叠前深度偏移的精度^[21]。应用高精度网格层析速度反演方法, 能为后续开展天然气水合物有利区详查, 查明天然气水合物异常区分布范围, 圈定有利勘探目标区, 为后续优选有利钻探目标, 评价天然气水合物资源潜力提供基础资料和依据; 以及优选南海北部陆坡天然气水合物有利钻探目标, 建议天然气水合物钻探井位, 为天然气水合物钻探提供依据。