阿力甫江·熱合木吐力，潘龍，李獻(xiàn)民，林娟，馬晶晶，竇強(qiáng)峰

(中國(guó)石油 新疆油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院 地球物理研究所，烏魯木齊 830000)

準(zhǔn)噶爾盆地南緣地表?xiàng)l件和地下構(gòu)造十分復(fù)雜，給地震勘探帶來(lái)了很大的困難[1]。由于地表起伏劇烈，地下速度橫向變化大，基于常規(guī)浮動(dòng)面的疊前深度偏移技術(shù)，在南緣的應(yīng)用受到一定的限制，起伏地表疊前深度偏移技術(shù)成為提高該地區(qū)成像精度的首選。起伏地表疊前深度偏移技術(shù)的偏移面建立在地表一致性浮動(dòng)面上，充分考慮了炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)隨地表高程的變化趨勢(shì)，是接近真地表的一種偏移成像方式，比常規(guī)共中心點(diǎn)道集面的疊前深度偏移更具優(yōu)勢(shì)，可提高成像效果[2-3]。

但是以往的起伏地表深度偏移技術(shù)也存在一些不足。由于起伏地表疊前深度偏移的初始速度模型及偏移前道集都是通過(guò)時(shí)間域處理得到的，而現(xiàn)有的時(shí)間域處理多在共中心點(diǎn)道集面上進(jìn)行，導(dǎo)致深度域與時(shí)間域的處理基準(zhǔn)面不統(tǒng)一，從而造成時(shí)間域靜校正量與道集不匹配，無(wú)法對(duì)偏移前道集進(jìn)行高頻時(shí)差校正，同時(shí)也造成時(shí)間域得到的速度與道集不匹配。因此，用時(shí)間域得到的速度作為起伏地表疊前深度偏移的初始速度模型時(shí)，模型精度較低，影響深度域偏移成像效果。

1 研究思路

針對(duì)起伏地表疊前深度偏移技術(shù)存在的不足，本文利用雙平方根算子的高精度速度建模方法，建立了基于雙平方根算子的疊前深度偏移流程(圖1)，從時(shí)間域引入雙平方根算子，確定起伏地表基準(zhǔn)面，把偏移前道集校正到起伏地表基準(zhǔn)面，進(jìn)行起伏地表疊前時(shí)間偏移處理，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間域和深度域基準(zhǔn)面的統(tǒng)一，解決與靜校正量道集不匹配及速度與道集不匹配的問(wèn)題，為起伏地表疊前深度域高精度速度建模提供資料。

圖1 疊前深度偏移新流程Fig.1.New process of pre-stack depth migration

新流程比常規(guī)流程更具有優(yōu)勢(shì)：①新流程基于雙平方根地表一致性時(shí)間域處理得到的地表小平滑浮動(dòng)面，與深度偏移采用的浮動(dòng)面一致；②靜校正模型與近地表速度模型完全吻合，消除靜校正誤差；③深度域速度模型精度較高，保留了井?dāng)?shù)據(jù)的高頻信息和速度趨勢(shì)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 雙平方根算子

常規(guī)疊加建立在水平層狀介質(zhì)及橫向速度連續(xù)變化的假設(shè)上，不適用于地形復(fù)雜和橫向速度劇烈變化的區(qū)域。構(gòu)造起伏較大時(shí)，時(shí)距曲線和水平動(dòng)校正方程相差很大，同一共中心點(diǎn)道集在相同界面上的反射點(diǎn)位置分散。準(zhǔn)噶爾盆地南緣地表和地下條件復(fù)雜，地震波速度變化劇烈，常規(guī)疊加偏移處理成像效果差[4]。

Kirchhoff 疊前深度偏移通過(guò)地震波旅行時(shí)計(jì)算和偏移積分求和完成。計(jì)算地震波旅行時(shí)需要知道炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的位置，處理過(guò)程中保持炮檢點(diǎn)位置真實(shí)性，對(duì)地震波旅行時(shí)計(jì)算極為重要。因此，需探索能夠適用于地表和地下雙重復(fù)雜地區(qū)的地震波旅行時(shí)計(jì)算方法。

由于地表高程變化劇烈，導(dǎo)致炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的高程差異較大，使得炮點(diǎn)到地下反射點(diǎn)與地下反射點(diǎn)到檢波點(diǎn)的路徑不對(duì)稱。因此，在計(jì)算地震波旅行時(shí)時(shí)，不能用常規(guī)的單平方根算子，需要一種非水平地表情況下的地震波旅行時(shí)計(jì)算方法。在Kirchhoff 疊前時(shí)間偏移中，地震波旅行時(shí)的精度影響成像結(jié)果的精度，也影響起伏地表疊前深度偏移初始速度模型的精度。常規(guī)Kirchhoff疊前時(shí)間偏移中假設(shè)地表水平，得到地震波旅行時(shí)計(jì)算公式[5]：

地表在非水平情況下，炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的坐標(biāo)不再對(duì)稱。地震波旅行時(shí)：

本文討論非水平地表情況下的地震波旅行時(shí)的計(jì)算，先將非水平地表數(shù)據(jù)按射線路徑坐標(biāo)映射到水平坐標(biāo)上，再在新水平坐標(biāo)下對(duì)地震波旅行時(shí)進(jìn)行計(jì)算。在新水平坐標(biāo)下，用常規(guī)Kirchhoff疊前時(shí)間偏移的單道偏移算法進(jìn)行偏移成像，再把成像結(jié)果用合適的速度校正到統(tǒng)一基準(zhǔn)面上，進(jìn)行速度分析和疊加成像。在新水平坐標(biāo)系中，地震波旅行時(shí)[6-7]：

利用雙平方根算子，可以分別求取地震波從炮點(diǎn)到反射點(diǎn)的走時(shí)和從反射點(diǎn)到檢波點(diǎn)的走時(shí)，比較適合復(fù)雜山地區(qū)域，突破了地層是水平層狀介質(zhì)的限制。針對(duì)起伏地表，雙平方根算子動(dòng)校正比單平方根動(dòng)校正更精確，可得到更準(zhǔn)確的地震波旅行時(shí)，提高了起伏地表速度建模的精度和成像質(zhì)量。

因?yàn)橐腚p平方根算子，在時(shí)間域也能實(shí)現(xiàn)對(duì)起伏地表的地震資料處理，為起伏地表疊前深度偏移提供了統(tǒng)一的處理基準(zhǔn)面，時(shí)間域得到的速度與偏移前道集匹配較好，為深度域偏移成像提供了準(zhǔn)確的資料，可進(jìn)一步提高深度域速度建模的精度，降低井震誤差。

2.2 成像基準(zhǔn)面的選擇

成像基準(zhǔn)面的選擇是為了獲得最優(yōu)的速度和成像效果。成像基準(zhǔn)面的一個(gè)非常重要的作用，就是使偏移速度和真實(shí)介質(zhì)速度模型能夠較好地吻合，從而提高偏移速度分析精度，提高起伏地表深度偏移初始速度模型的精度。

成像基準(zhǔn)面有2 種[8]。第一種是以炮檢點(diǎn)中點(diǎn)高程為成像基準(zhǔn)面，新水平坐標(biāo)系下計(jì)算得到的地震波旅行時(shí)和實(shí)際地表觀測(cè)得到的地震波旅行時(shí)相等，但存在2 個(gè)問(wèn)題：①即使是同一個(gè)共中心點(diǎn)道集，每一道都有一個(gè)成像基準(zhǔn)面，即成像基準(zhǔn)面隨著道的變化而變化，每一道的時(shí)移量都不同，不利于最終基準(zhǔn)面上的同相軸疊加處理；②均方根速度是定義在共中心點(diǎn)處的速度，該成像基準(zhǔn)面所用的速度與成像深度不對(duì)應(yīng)。第二種是以共中心點(diǎn)高程為成像基準(zhǔn)面，此時(shí)，存在共中心點(diǎn)高程在炮檢點(diǎn)高程之上、之間和之下3 種情況(圖2)。根據(jù)(5)式，可以計(jì)算出這3 種情況下成像基準(zhǔn)面上的地震波旅行時(shí)。共中心點(diǎn)位置確定之后，對(duì)每一道就可以應(yīng)用常規(guī)Kirchhoff疊前時(shí)間偏移進(jìn)行偏移處理。相對(duì)于以炮檢點(diǎn)中點(diǎn)高程為成像基準(zhǔn)面來(lái)說(shuō)，以共中心點(diǎn)高程為成像基準(zhǔn)面的方法，同一個(gè)共中心點(diǎn)道集中所有道只有一個(gè)成像基準(zhǔn)面，有利于同相軸疊加，比第一種更合理，因?yàn)樵谄浦惺褂玫木礁俣仁怯晒仓行狞c(diǎn)道集分析得到，成像基準(zhǔn)面如果與共中心點(diǎn)高程不一致，將導(dǎo)致使用的均方根速度在深度上發(fā)生變化，不利于同相軸疊加[9-10]。

圖2 共中心點(diǎn)與炮檢點(diǎn)的位置關(guān)系Fig.2.Different positions of CMP and shot

需要進(jìn)一步說(shuō)明的是，成像基準(zhǔn)面作用于成像域空間，與數(shù)據(jù)域空間無(wú)直接關(guān)系。在常規(guī)地震資料處理中，固定基準(zhǔn)面既是成像基準(zhǔn)面，也是數(shù)據(jù)域零時(shí)刻空間位置，同時(shí)作用于數(shù)據(jù)域和成像域。而在起伏地表疊前時(shí)間偏移中，成像基準(zhǔn)面和數(shù)據(jù)域零時(shí)刻空間位置不一致，將數(shù)據(jù)中炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)還原至野外觀測(cè)點(diǎn)，而不是校正至成像基準(zhǔn)面的空間位置上。此時(shí)，數(shù)據(jù)域零時(shí)刻空間位置為地表，速度模型精度更高，成像效果更好。

2.3 深度域速度建模

從時(shí)間域開(kāi)始，把偏移前數(shù)據(jù)校正到起伏地表基準(zhǔn)面上，實(shí)現(xiàn)時(shí)間域和深度域處理基準(zhǔn)面的統(tǒng)一，用雙平方根算子動(dòng)校正，得到相對(duì)高精度的均方根速度作為深度偏移的初始速度模型；同時(shí)，處理得到的剩余靜校正量，用偏移數(shù)據(jù)的道間高頻時(shí)差校正。再根據(jù)時(shí)間域得到的數(shù)據(jù)，開(kāi)展全深度域速度建模，用回轉(zhuǎn)波層析反演方法得到近地表速度模型，對(duì)速度進(jìn)行融合。最后，根據(jù)垂直地震剖面速度和測(cè)井速度，得到中—深層速度模型，從而建立全深度域速度模型[11-12]。

2.3.1 近地表速度模型建立

在準(zhǔn)噶爾盆地南緣山區(qū)，復(fù)雜的近地表結(jié)構(gòu)導(dǎo)致靜校正非常困難。解決復(fù)雜靜校正問(wèn)題最直接的辦法是建立或反演得到能準(zhǔn)確反映低降速帶底界之上表層速度變化的近地表結(jié)構(gòu)模型，層析反演軟件是反演表層結(jié)構(gòu)模型的主要工具之一[13]。

通過(guò)假設(shè)速度隨深度線性變化，提出了一種快速回轉(zhuǎn)波近地表建模方法。利用微測(cè)井信息約束下的層析初始模型，采用多基準(zhǔn)面校正，降低地表起伏對(duì)反演結(jié)果的影響，提高反演精度?；剞D(zhuǎn)波層析的優(yōu)點(diǎn)是反演計(jì)算速度快且穩(wěn)定，其擬定的射線傳播路徑與山前過(guò)渡區(qū)域巨厚低速、高速礫巖等連續(xù)漸變介質(zhì)中的傳播路徑相吻合，反演結(jié)果可靠；其缺點(diǎn)是在反演過(guò)程中受初始模型精度影響較大[14]。因此，在進(jìn)行回轉(zhuǎn)波層析之前，應(yīng)充分分析區(qū)域內(nèi)的表層結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，利用鉆井、測(cè)井等數(shù)據(jù)，建立初始表層結(jié)構(gòu)模型，盡可能避免由于初始模型誤差所導(dǎo)致的反演結(jié)果不可靠問(wèn)題。

從研究區(qū)域近地表回轉(zhuǎn)波層析反演模型可以看到，反演結(jié)果能夠準(zhǔn)確地反映出高速礫巖和低速礫巖分布及速度變化范圍，與測(cè)井速度較吻合，反演精度較高(圖3)。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地南緣地表層析反演模型Fig.3.Surface tomographic inversion model for the southern margin of the Junggar basin

2.3.2 中—深層速度模型建立

對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行速度反演時(shí)，利用約束Dix 反演層速度方法，即通過(guò)三維約束Dix 反演層速度創(chuàng)建瞬時(shí)速度場(chǎng)，用阻尼最小平方法輸入平滑的疊加速度[15]，求出合適的加權(quán)因子，使疊加速度的平方倒數(shù)誤差均勻分布，并與正常剩余時(shí)差的分布一致。由伴隨矩陣線性方程組確定出需要的層速度擾動(dòng)，再通過(guò)褶積定義平滑層速度，最終得到最優(yōu)的層速度分布。但在地震資料處理中，速度必須在構(gòu)造模型的約束下從道集中反演得到，由于地震資料信噪比低，速度反演存在不確定性，成像品質(zhì)不理想，構(gòu)造模型難以確定，影響最終速度模型的建立。

在構(gòu)造模型約束下，可以利用已有的垂直地震剖面速度資料以及鉆井資料，約束疊前偏移速度場(chǎng)。在縱向上，通過(guò)測(cè)井速度約束層速度，形成與測(cè)井速度吻合的趨勢(shì)；橫向上，保留地震波速度低頻趨勢(shì)，同時(shí)根據(jù)層位信息，進(jìn)行井?dāng)?shù)據(jù)的外推迭代，建立反映空間相對(duì)變化關(guān)系的層速度場(chǎng)，作為深度偏移的初始層速度模型。

2.3.3 各向異性速度場(chǎng)建立及速度更新

研究區(qū)地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地表被沖積扇礫巖覆蓋，各向異性嚴(yán)重，難以準(zhǔn)確成像。本文采用的TTI各向異性疊前深度偏移方法，適用于速度橫向劇烈變化的介質(zhì)，比常規(guī)偏移成像的效果好。

建立各向異性場(chǎng)需要4 個(gè)參數(shù)：表征縱波在垂直方向的變化程度δ，影響偏移深度與井資料的吻合度；縱波各向異性強(qiáng)度ε，表征水平方向與垂直方向速度的差異，決定偏移道集在遠(yuǎn)炮檢距是否校平；TTI各向異性地層的傾角θ和方位角φ，影響成像位置的準(zhǔn)確性[16-17]。

首先在井口各向同性道集上拾取參數(shù)，然后沿層外推，形成各向異性數(shù)據(jù)體，建立各向異性初始速度模型。在TTI 各向異性疊前深度偏移基礎(chǔ)上，進(jìn)行參數(shù)迭代優(yōu)化，直到井震誤差基本消除，得到最終的各向異性參數(shù)，從而得到精度更高的疊前深度偏移成像結(jié)果。從校正效果上看，各向異性速度場(chǎng)更新后，道集拉平程度較好，說(shuō)明拾取的各向異性參數(shù)較合理(圖4)。將最終速度模型疊合測(cè)井速度進(jìn)行一體化質(zhì)控，發(fā)現(xiàn)更新后的速度曲線與測(cè)井速度的吻合度明顯提高，進(jìn)一步證明了最終速度模型精度更高(圖5)。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地南緣各向異性速度場(chǎng)更新前和更新后偏移道集Fig.4.Migration gathers before and after the update of the anisotropic velocity field in the southern margin of the Junggar basin

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地南緣更新前后速度與測(cè)井速度對(duì)比Fig.5.Superimposed display of the model velocity before and after update and the logging velocity in the southern margin of the Junggar basin

3 效果分析

基于雙平方根算子的疊前深度偏移方法處理的成像效果較原有方法明顯提高，白堊系和侏羅系內(nèi)幕同相軸可追蹤性提高，各小層之間的接觸關(guān)系更清楚，斷裂特征更明顯，斷點(diǎn)更清晰，淺層低速礫巖和高速礫巖界面明顯，礫巖分布范圍清楚，可為井位論證部署提供依據(jù)(圖6)。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地南緣不同疊前深度偏移方法成像剖面Fig.6.Pre-stack depth migration results of different methods in the southern margin of the Junggar basin

測(cè)井資料標(biāo)定結(jié)果表明，新方法處理的疊前深度偏移剖面井震標(biāo)定效果較好，與老方法相比，井震誤差明顯減小。如老方法確定的侏羅系頂界深度為6 185 m，利用新方法確定的侏羅系頂界深度為5 995 m，而實(shí)鉆深度為5 970 m，誤差由3.60%降低到0.42%。

新老方法得到的構(gòu)造高點(diǎn)埋深有差異，新方法得到的構(gòu)造在東翼發(fā)育高點(diǎn)，背斜向南延伸距離更長(zhǎng)，與鉆井結(jié)果更吻合，避免了因礫巖厚度、圈閉形態(tài)和高點(diǎn)變化劇烈導(dǎo)致的鉆探失利。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣地表和地下雙復(fù)雜地區(qū)，建立了基于雙平方根算子的疊前深度偏移流程，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間域和深度域基準(zhǔn)面的統(tǒng)一，使得時(shí)間域得到的速度和高頻靜校正量可直接用于起伏地表疊前深度偏移速度模型的建立和偏移前數(shù)據(jù)道間高頻時(shí)差校正，為深度域速度建模提供保障。

(2)基于各向異性速度建模的起伏地表疊前深度偏移技術(shù)，消除了地表高程的影響，也減少了地下復(fù)雜構(gòu)造與速度各向異性的影響，地震成像精度更高。

(3)本文方法進(jìn)一步提高了全深度速度模型精度，并在研究區(qū)取得了較好的應(yīng)用效果，成像品質(zhì)得到改善，淺層高速礫巖特征較清楚，實(shí)鉆吻合度較高，井震誤差明顯減小。

符號(hào)注釋

dri——檢波點(diǎn)至成像點(diǎn)的距離，m；

drm——檢波點(diǎn)至中心點(diǎn)的橫向距離，m；

dsi——炮點(diǎn)至成像點(diǎn)的距離，m；

dsm——炮點(diǎn)至中心點(diǎn)的橫向距離，m；

th——水平地表情況下成像點(diǎn)的地震波旅行時(shí)，ms；

tn——新水平坐標(biāo)下的地震波旅行時(shí)，ms；

tr——檢波點(diǎn)走時(shí)，ms；

ts——炮點(diǎn)走時(shí)，ms；

tu——非水平地表情況下的地震波旅行時(shí)，ms；

(xi,yi,zi)——成像點(diǎn)空間坐標(biāo)；

(xs,ys,zs)——炮點(diǎn)空間坐標(biāo)；

(xr,yr,zr)——檢波點(diǎn)空間坐標(biāo)；

v——均方根速度，m/s；

τ——垂直雙程旅行時(shí)，ms。