郭樹(shù)祥

（中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院，山東東營(yíng) 257022）

速度分析、動(dòng)／靜校正、疊加成像和偏移歸位是地震資料處理的4大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中速度分析占居首位且影響到其它3個(gè)環(huán)節(jié)［1］。速度的誤差會(huì)造成近地表校正誤差、動(dòng)校正誤差，以及剩余靜校正量的計(jì)算誤差，繼而影響疊加成像的質(zhì)量以及偏移的精確歸位［2］。隨著地震勘探的不斷深入，對(duì)地震成像的精度要求越來(lái)越高，自然對(duì)速度分析精度的要求也越來(lái)越高［3］。

常用的速度分析方法多采用基于疊加能量的最小誤差能量判別準(zhǔn)則。從速度分析方法本身到所采用的判別準(zhǔn)則都與參與速度分析的數(shù)據(jù)量有關(guān)。目前多數(shù)地震資料的覆蓋次數(shù)還是比較低的；而在地表和地下地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，地震資料的信噪比也較低。對(duì)于覆蓋次數(shù)和信噪比較低的地震資料，地震速度譜上的能量團(tuán)發(fā)散，速度分析精度較低，尤其是中深層的精度會(huì)更低。前人采用四次項(xiàng)速度分析方法來(lái)增強(qiáng)地震疊加成像質(zhì)量［4］，但這種方法僅提高了中淺層的速度分析質(zhì)量，還不能解決中深層速度能量發(fā)散問(wèn)題。

針對(duì)中深層速度譜能量團(tuán)不聚焦、速度分析精度低的問(wèn)題，人們常采用多面元組合的方式來(lái)增加參與速度分析的數(shù)據(jù)量。為了進(jìn)一步提高速度分析的精度，基于對(duì)速度分析數(shù)據(jù)量及數(shù)據(jù)面元大小的影響分析，通過(guò)實(shí)際地震資料的反復(fù)測(cè)試研究，筆者提出采用橢圓形面元組合方式約束遠(yuǎn)離速度分析中心點(diǎn)數(shù)據(jù)的方法，優(yōu)化參與速度分析的數(shù)據(jù)量，以增強(qiáng)速度譜的能量聚焦性，提高中深層速度分析的精度。

1 速度分析精度的影響因素分析

影響地震速度分析精度的因素很多［5－8］。針對(duì)地震資料處理中如何進(jìn)一步提高速度分析精度的問(wèn)題，我們?cè)谶@里重點(diǎn)分析參與速度分析的數(shù)據(jù)量及數(shù)據(jù)面元大小對(duì)速度分析精度的影響。

1.1 數(shù)據(jù)量對(duì)速度分析精度的影響

地震資料處理中多采用制作速度譜的方法來(lái)得到地震疊加速度。速度譜分析通常采用的最小能量誤差判別準(zhǔn)則如下：

式中：M為記錄道數(shù)；N為計(jì)算時(shí)窗長(zhǎng)度；ki為第i道反射信號(hào)到達(dá)時(shí)間的采樣點(diǎn)序號(hào)；fi，l＋ki為第i記錄道的第l＋ki個(gè)采樣點(diǎn)處的振幅值；Emin為最小能量誤差。

當(dāng)有干擾背景存在時(shí)，最小能量誤差往往不明顯，因此用尋找極大的等價(jià)方法來(lái)進(jìn)行判別，由此衍生了平均能量、相似性系數(shù)和互相關(guān)系數(shù)等判別準(zhǔn)則［3－4］。

平均振幅判別準(zhǔn)則如下：

式中：括號(hào)內(nèi)多項(xiàng)式表示對(duì)各道信號(hào)求平均，它的平方表示求平均后信號(hào)的振幅能量，對(duì)它求和表示沿反射信號(hào)時(shí)窗求總能量的和。

相似性系數(shù)判別準(zhǔn)則如下：

互相關(guān)系數(shù)判別準(zhǔn)則如下：

式中：i′為第i道序號(hào)加1；R為互相關(guān)系數(shù)；這里是取兩個(gè)不同道的信號(hào)按括號(hào)內(nèi)計(jì)算方式做互相關(guān)運(yùn)算，得到相關(guān)系數(shù)后再求和。當(dāng)相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大時(shí)，就得到準(zhǔn)確的速度值。

從上述3種實(shí)用速度判別準(zhǔn)則來(lái)看，無(wú)論哪種判別方法都與地震道數(shù)量有關(guān)，這說(shuō)明參與速度分析與判別的地震數(shù)據(jù)量（道數(shù)）起著重要作用。

1.2 常規(guī)的數(shù)據(jù)面元組合方式應(yīng)用效果分析

覆蓋次數(shù)較低時(shí)采集的單位面元內(nèi)地震道數(shù)較少，速度分析的精度也就比較低。但目前高覆蓋次數(shù)（大于80次）的地震采集相對(duì)較少，大多數(shù)的覆蓋次數(shù)在80次以內(nèi)，且多數(shù)老資料覆蓋次數(shù)在30～60次之間。對(duì)于較低覆蓋次數(shù)資料的速度分析，通常采用的方法是加大速度分析點(diǎn)的參與分析數(shù)據(jù)量［9］。

針對(duì)地震數(shù)據(jù)信噪比較低和面元內(nèi)覆蓋次數(shù)較少時(shí)速度譜能量團(tuán)發(fā)散的問(wèn)題，加大參與速度分析數(shù)據(jù)量的一般做法是采取多面元組合方式來(lái)擴(kuò)大速度分析的數(shù)據(jù)面元。通常選用矩形或正方形的面元組合方式，這對(duì)于提高單點(diǎn)速度分析的質(zhì)量起到了很好的作用。這里以一深層構(gòu)造較復(fù)雜且信噪比不高的實(shí)際地震資料（60 次覆蓋、25m×25m 面元）為例，分析采用不同組合方式擴(kuò)大速度分析數(shù)據(jù)面元的實(shí)際效果。圖1是3個(gè)面元3×1矩形組合（縱向3個(gè)面元，橫向1排面元）和6個(gè)面元3×2矩形組合（縱向3個(gè)面元，橫向2排面元）分析計(jì)算的速度譜。由圖1可以明顯看出，擴(kuò)大速度分析數(shù)據(jù)面元后，速度譜的能量聚焦得到加強(qiáng)，速度分析精度得到提高。

圖1 3個(gè)面元3×1矩形組合（a）和6個(gè)面元3×2矩形組合（b）分析計(jì)算的速度譜

一般來(lái)講，參與速度分析的數(shù)據(jù)量越多，速度分析的質(zhì)量會(huì)越高。但是，當(dāng)參與分析的數(shù)據(jù)量達(dá)到一定程度后，速度分析的質(zhì)量不但不能提高，而且還會(huì)變差。分析認(rèn)為，由于實(shí)際地層速度在空間上是變化的，使用過(guò)大范圍的數(shù)據(jù)會(huì)使分析的速度平均化，不能反映真實(shí)的地下地層速度［7］。再說(shuō)，速度分析的數(shù)據(jù)面元過(guò)大也會(huì)增加計(jì)算工作量。

速度分析的網(wǎng)格密度也與參與分析的面元數(shù)量有關(guān)。目前多數(shù)地震資料采集的面元網(wǎng)格為25m×25m，速度分析網(wǎng)格密度為250m×250m，有的速度分析網(wǎng)格密度會(huì)更小。當(dāng)速度分析網(wǎng)格密度為250m×250m 時(shí)，兩個(gè)速度分析點(diǎn)之間的距離為250m，即一個(gè)點(diǎn)的速度分析使用的數(shù)據(jù)距離跨度不能超過(guò)250m。也就是說(shuō)，對(duì)于采集面元為25m×25m 的地震資料，速度分析點(diǎn)距離不能超過(guò)10個(gè)面元。

基于上述兩個(gè)方面的分析，設(shè)計(jì)了幾種數(shù)據(jù)組合進(jìn)行測(cè)試。圖2是分別采用3×3，5×3，7×3和7×5個(gè)面元的矩形組合分析計(jì)算的速度譜。由于參與速度分析的面元數(shù)量不同，圖2中4個(gè)速度譜上能量團(tuán)的聚焦程度差異很大：圖2b的速度精度比圖2a高；圖2c的速度精度比圖2b又有提高，能夠達(dá)到成像對(duì)速度精度的需求；而圖2d的速度精度則沒(méi)有提高，且下部的能量聚焦出現(xiàn)了偏差，影響了深部速度的準(zhǔn)確性。由此可見(jiàn)，速度分析的數(shù)據(jù)面元并非越大越好。

圖2 3×3（a），5×3（b），7×3（c）和7×5（d）個(gè)面元矩形組合分析計(jì)算的速度譜

2 速度分析面元組合方式的優(yōu)化

2.1 橢圓形速度分析面元組合方式

常規(guī)速度分析擴(kuò)大數(shù)據(jù)面元的做法一般是采用矩形或正方形的面元組合方式。由于地下介質(zhì)速度不是一個(gè)均勻速度場(chǎng)，而是一個(gè)空間變化的速度場(chǎng)，速度分析時(shí)擴(kuò)大了數(shù)據(jù)面元，使遠(yuǎn)離速度分析中心點(diǎn)的數(shù)據(jù)共同參與分析，這些數(shù)據(jù)存在較大的各向異性，引起速度的聚焦性變差［10－12］。為此，基于約束遠(yuǎn)離速度分析點(diǎn)地震數(shù)據(jù)的考慮，通過(guò)實(shí)際地震資料的反復(fù)測(cè)試研究，筆者提出了一種優(yōu)化速度分析數(shù)據(jù)量的方法——采用橢圓形速度分析面元組合方式（圖3）。

橢圓形速度分析面元組合方式既能保證參與速度分析的數(shù)據(jù)量，又約束了距離速度分析中心點(diǎn)較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)，從速度分辨率和能量聚焦性兩個(gè)方面分析都比正方形或矩形的組合方式優(yōu)越。圖4是相同面元個(gè)數(shù)不同組合方式分析計(jì)算的速度譜。由圖4可見(jiàn)，橢圓形組合比正方形和矩形組合分析的速度精度高，淺層的速度能量聚焦性好，深部符合速度變化趨勢(shì)，能量相對(duì)集中，速度易于確定。

圖3 矩形和橢圓形速度分析面元組合方式圖解

2.2 橢圓形組合方式的面元數(shù)量分析

針對(duì)橢圓形組合方式縱、橫向（橢圓長(zhǎng)、短軸方向）參與速度分析面元數(shù)量的選擇問(wèn)題，圖5給出了橢圓組合方式縱向1，3，5，7個(gè)面元分別參與分析計(jì)算的速度譜。可以看出，隨著面元個(gè)數(shù)的增加，速度精度逐步提高，但到7個(gè)面元時(shí)效果變化不大，說(shuō)明在縱向上參與速度分析的面元數(shù)已經(jīng)到了極限。圖6是橢圓組合方式橫向1，3，5個(gè)面元分別參與分析計(jì)算的速度譜，可以看出，橫向采用5個(gè)面元時(shí)，速度精度與采用3個(gè)面元相當(dāng)，且深部有些速度點(diǎn)反而變得模糊了，說(shuō)明橫向上參與速度分析的面元數(shù)采用3個(gè)比較合適。也就是說(shuō)，縱向采用5個(gè)面元，橫向采用3個(gè)面元，即采用15個(gè)面元的橢圓形組合方式能夠提高速度分析的精度。

為了進(jìn)一步說(shuō)明這一問(wèn)題，選擇了另一個(gè)地區(qū)地震資料進(jìn)行了測(cè)試分析。圖7為采用信噪比較高的地震資料和橢圓形面元組合方式進(jìn)行速度分析的結(jié)果，該地區(qū)資料采集的接收道距為25m，覆蓋次數(shù)68次，接收面元為25m×50m。圖7a為縱向3個(gè)面元、橫向3排面元；圖7b為縱向5個(gè)面元、橫向3排面元；圖7c為縱向7 個(gè)面元、橫向3排面元參與速度分析計(jì)算的速度譜。可以看出：圖7a中部速度譜能量團(tuán)清晰度差，深部幾個(gè)速度點(diǎn)沒(méi)有聚焦；圖7b中部速度譜能量團(tuán)變得清晰，深部速度聚焦明顯；而圖7c中深部速度譜能量團(tuán)變強(qiáng)，但是有些速度點(diǎn)的橫向分辨率有所下降。由此可見(jiàn)，對(duì)于信噪比較高的資料，在縱向上采用7個(gè)面元參與速度分析，其數(shù)據(jù)距離速度分析中心點(diǎn)的跨度顯得過(guò)大了。另外，從圖7也可以看到，由于資料的信噪比較高，深部的一個(gè)強(qiáng)反射層在3張速度譜上都得到了較強(qiáng)的速度顯示；從參與速度分析的數(shù)據(jù)量來(lái)看，對(duì)于覆蓋次數(shù)和信噪比較高的資料，適當(dāng)減少參與速度分析的面元個(gè)數(shù)，有利于保持速度橫向分辨率。

上述2個(gè)測(cè)試?yán)铀褂玫膶?shí)際地震資料在覆蓋次數(shù)、采集面元和信噪比上均有所不同，綜合分析其速度分析效果可以得到以下認(rèn)識(shí)：①參與速度分析的數(shù)據(jù)距速度分析中心點(diǎn)的跨度不能過(guò)大，對(duì)于橢圓形面元組合優(yōu)化方式來(lái)說(shuō)，一般以縱向在5個(gè)面元之內(nèi)、橫向在3排面元之內(nèi)為佳。②所用地震資料采集面元的縱、橫向尺寸相差較小或尺寸一樣（如：面元25 m×25m）時(shí)，參與速度分析的橫向面元個(gè)數(shù)影響小，面元的縱、橫向尺寸相差較大，或者說(shuō)采集面元的橫向尺寸較大（如面元25 m×50m）時(shí)，參與速度分析的橫向面元個(gè)數(shù)影響大。這是由于橫向的數(shù)據(jù)距速度分析中心點(diǎn)的距離更遠(yuǎn)，對(duì)速度分析的精度有更明顯的影響［13－14］。③當(dāng)?shù)卣鹳Y料的覆蓋次數(shù)與信噪比較高時(shí)，可以適當(dāng)減小速度分析的數(shù)據(jù)量，即減少參與速度分析的面元個(gè)數(shù)，盡可能地保持速度橫向分辨率［15］。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

在勝利油田濟(jì)陽(yáng)坳陷的實(shí)際地震資料處理中，應(yīng)用橢圓形面元組合方式優(yōu)化參與速度分析的數(shù)據(jù)量后見(jiàn)到了很好的效果。圖8和圖9分別是A區(qū)和B 區(qū)地震資料優(yōu)化數(shù)據(jù)量前、后計(jì)算的速度譜。A 區(qū)資料覆蓋次數(shù)為60次，面元網(wǎng)格25m×25m，資料深層信噪比較低；B 區(qū)資料覆蓋次數(shù)為96次，面元網(wǎng)格25m×50m，資料深層信噪比不高。圖8a 和圖9a 采用矩形面元組合，圖8b 和圖9b采用橢圓形面元組合，面元個(gè)數(shù)均為5×3（縱向5個(gè)面元、橫向3個(gè)面元）?？梢钥闯鰞?yōu)化后的速度分析精度明顯提高，速度點(diǎn)聚焦能量增強(qiáng)，速度趨勢(shì)走向合理，深部速度譜質(zhì)量明顯改善，速度易于確定。圖10和圖11是分別對(duì)應(yīng)圖8，圖9的疊加成像剖面，與應(yīng)用優(yōu)化方法前的剖面相比，應(yīng)用優(yōu)化后速度的疊加剖面上淺層保持了相同的地質(zhì)特征，而中深層的構(gòu)造成像質(zhì)量得到了明顯提高，波組特征關(guān)系清晰，同相軸連續(xù)性增強(qiáng)。尤其是圖10b底部大斷面成像清楚，斷面下的潛山包絡(luò)面及內(nèi)幕地質(zhì)特征顯著增強(qiáng)，更利于后續(xù)合理的地質(zhì)解釋。

4 結(jié)束語(yǔ)

從優(yōu)化參與速度分析數(shù)據(jù)量的思路出發(fā)，采用橢圓形面元組合方式約束遠(yuǎn)離速度分析中心點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)地震資料的覆蓋次數(shù)和信噪比等因素，兼顧中深層速度能量的聚焦性和橫向分辨率，合理地選擇參與橢圓形組合速度分析的縱、橫向面元數(shù)，能夠在一定程度上提高地震速度分析的精度，特別是中深層的速度分析精度，進(jìn)而提高地震成像的質(zhì)量。

采用橢圓形面元組合方式優(yōu)化參與速度分析數(shù)據(jù)量的方法雖然是基于勝利油田濟(jì)陽(yáng)坳陷陸上地震資料提出的，但從理論依據(jù)分析和實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)講，該方法對(duì)其它地區(qū)地震資料的速度分析同樣具有一定的參考和借鑒價(jià)值。

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