201310彈性波Kirchhoff疊前深度偏移速度分析(石油地球物理勘探).pdf

年 月 第 卷 第 期 北京市朝陽區(qū)北士城西路 號(hào)中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 本文于 年 月 日收到 最終修改稿于 年 月 日收到 本項(xiàng)研究受國家科技重大專項(xiàng) 國家自然科學(xué)基 金項(xiàng)目 和中國石油科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目 聯(lián)合資助 處理技術(shù) 文章編號(hào) 彈性波犓 犻 狉 犮 犺 犺 狅 犳 犳疊前深度偏移速度分析 韓建光 王 蘆 俊 胡蓮蓮 王彥嬙 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 中國科學(xué)院大學(xué) 北京 中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所 貴州貴陽 中國地質(zhì)大學(xué) 北京 北京 韓建光 王 蘆俊 胡蓮蓮 王彥嬙 彈性波犓 犻 狉 犮 犺 犺 狅 犳 犳疊前深度偏移速度分析 石油地球物理勘探 摘要 本文提出的彈性波偏移速度分析方法是基于 疊前深度偏移形成縱波和轉(zhuǎn)換波炮檢距域共成 像點(diǎn)道集拉平準(zhǔn)則 分別對(duì)縱波和橫波偏移速度進(jìn)行更新 當(dāng)兩分量地震數(shù)據(jù)成像深度不一致時(shí) 通過調(diào)整橫 波偏移速度進(jìn)行深度匹配 完成高精度的彈性波場(chǎng)偏移速度分析 文中分別給出速度更新及深度匹配方法 模型數(shù)據(jù)和實(shí)際資料試算結(jié)果表明了該方法的可行性和有效性 關(guān)鍵詞 彈性波偏移速度分析 炮檢距域共成像點(diǎn)道集 疊前深度偏移 深度匹配 中圖分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 引言 地震資料疊前深度偏移是解決地下復(fù)雜構(gòu)造精 確成像的有效手段 而偏移成像質(zhì)量的優(yōu)劣取決于 速度模型的準(zhǔn)確性 偏移速度分析是一種根據(jù)偏移 成像結(jié)果對(duì)初始速度模型進(jìn)行迭代修正的方法 由 于此法與偏移結(jié)合緊密 因此可以利用疊前深度偏 移對(duì)速度的高度敏感性建立速度更新的準(zhǔn)則 利用 偏移的結(jié)果作為衡量速度準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn) 常用的偏 移速度分析方法主要有剩余曲率法 深度 聚焦法 和基于共聚焦點(diǎn) 的速度 分析方法 目前應(yīng)用最廣的是剩余曲率法偏移速度 分析 首先提出基于共成像點(diǎn)道集 拉平準(zhǔn)則的剩余曲率分析思想 并形成一套偏移速 度分析流程 將剩余曲率分析方法引 入到炮檢距域偏移 提出剝層法速度分析流程 對(duì) 于更復(fù)雜的構(gòu)造 等 提出了一種基于層 剝離的 方法 假設(shè)介質(zhì)由常速層組成 速度沿 射線路徑以一種類似于層析重建的方式更新 等 定量分析了成像深度誤差與偏移速度誤差之 間的關(guān)系 給出了偏移速度迭代公式 該方法不受炮 檢距大小 界面傾角和速度橫向變化等條件的限制 在角度域共成像點(diǎn)道集研究 不斷發(fā)展的基礎(chǔ) 上 等提出了基于波動(dòng)方程偏移的角度域 共成像點(diǎn)道集的偏移速度分析 隨著多分量地震技 術(shù)的發(fā)展 一些學(xué)者相繼提出了轉(zhuǎn)換波偏移速度分 析方法 在縱波的攝動(dòng)法偏移速度分析基礎(chǔ) 上 最 初 提 出 轉(zhuǎn) 換 波 偏 移 速 度 分 析 公 式 等 在 的攝動(dòng)理論基礎(chǔ)上系統(tǒng)推導(dǎo)了炮檢 距域轉(zhuǎn)換波共成像點(diǎn)道集的成像深度誤差和偏移速 度誤差之間的關(guān)系 等 提出了一種基于 疊前時(shí)間偏移的轉(zhuǎn)換波速度分析方法 等 利用波動(dòng)方程方法在深度域?qū)D(zhuǎn)換波偏 移速度分析進(jìn)行研究 雖然基于波動(dòng)方程偏移的速度分析精度較高 但計(jì)算效率比較低 目前仍處于研究階段 而 方法計(jì)算速度快 且偏移過程中不需要輸出每 一個(gè) 道集 速度分析可以只局限于局部區(qū)域 疏網(wǎng) 格 目 標(biāo) 線 或 任 何 形 式 的 輸 出 本 文 采 用 疊前深度偏移方法對(duì)彈性波進(jìn)行偏移速 返回中文目錄 第 卷 第 期 韓建光等 彈性波 疊前深度偏移速度分析 度分析 首先基于 疊前深度偏移方法提 取縱 波 和 轉(zhuǎn) 換 橫 波 炮 檢 距 域 共 成 像 點(diǎn) 道 集 利用共成像點(diǎn)道集拉平準(zhǔn)則對(duì)縱波和 橫波的偏移速度進(jìn)行更新 建立彈性波偏移速度分 析方法流程 在此基礎(chǔ)上 調(diào)整轉(zhuǎn)換橫波偏移速度 使縱波和轉(zhuǎn)換橫波在成像深度上保持一致 建立高 精度的縱波和橫波偏移速度模型 彈性波偏移速度分析方法 偏移速度分析通常面臨兩個(gè)問題 首先如何建 立具體的偏移速度判斷準(zhǔn)則 其次若偏移速度不合 理如何更新速度模型 剩余曲率法速度分析以共成像點(diǎn)道集拉平作為 判定偏移速度正確的標(biāo)準(zhǔn) 若偏移速度高 則共成像 點(diǎn)道集同相軸下彎 反之上彎 而基于 的彈性波偏移速度分析可同時(shí)得到縱波偏移剖面和 轉(zhuǎn)換橫波偏移剖面 在速度模型準(zhǔn)確時(shí) 兩者的成像 深度理論上應(yīng)該一致 因此對(duì)于多波偏移速度分析 應(yīng)滿足反射縱波和轉(zhuǎn)換橫波成像深度一致性原則 速度更新方程 剩余曲率法偏移速度分析是利用共成像點(diǎn)道集 存在的剩余曲率更新偏移速度場(chǎng) 其關(guān)鍵在于建立 剩余曲率與偏移速度的關(guān)系 縱波傳播路徑如圖 所示 假設(shè)偏移成像點(diǎn)與真實(shí)反射點(diǎn)位置在橫向上 的偏差忽略不計(jì) 設(shè)半炮檢距為犺 介質(zhì)真實(shí)速度為 狏 偏移速度為狏 則偏移計(jì)算的雙程旅行時(shí)為 狋 狕 犺 狏 狕 犺 犺 槡 圖 縱波傳播路徑示意圖 通過上式變換可以得到不同炮檢距的成像深度為 狕 犺 狏 狋 狕 犺 犺 地震波真實(shí)的雙程旅行時(shí)可以表示為 狋 狕 犺 狋 狕 犺 狏 式中狋 狕 表示地震波自激自收時(shí)間 將式 代入 式 可以得到 狕 犺 狏 狋 狕 狏 狏 犺 狕 狏 狏 犺 令 狉 狏 狏 則式 變?yōu)?狕 犺 狕 狉 犺 式中 狕 犺 是某一深度點(diǎn)不同炮檢距的深度 狕 是 零炮檢距時(shí)的深度 狉是炮檢距域共成像點(diǎn)道集的 剩余曲率 反映偏移速度與準(zhǔn)確速度的誤差 對(duì)于 地層傾斜的情況 共成像點(diǎn)道集同相軸的成像深度 與偏移速度之間的關(guān)系也近似滿足雙曲線關(guān)系 轉(zhuǎn)換波等效為 波 通過速度分析得到 波速 度 再轉(zhuǎn)化為橫波速度 成像深度與偏移速度誤差同 樣滿足式 且有 狉 狏 狏 當(dāng)對(duì)犣分量地震數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移速度分析時(shí) 狏 為縱波的偏移速度 當(dāng)對(duì)犡分量地震數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移 速度分析時(shí) 狏 為等效 波的偏移速度 轉(zhuǎn)換公 式為 狏 狏 狏 狏 狏 共成像點(diǎn)道集中同相軸是否拉平在肉眼上很難 準(zhǔn)確判斷 因此通常變換到相干譜域 在相干譜中根 據(jù)能量團(tuán)的位置判斷共成像點(diǎn)道集是否拉平 即可 通過拾取相干譜上的剩余速度值進(jìn)行速度更新 本 文采用層剝離法進(jìn)行基于層位的垂直速度更新 將剩余深度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)位置速度模型的修正量 拾 取目標(biāo)地質(zhì)層位上共成像點(diǎn)道集的剩余速度值 用 此值更新當(dāng)前地質(zhì)層位上的層速度 層剝離法速度 更新采用從上到下逐層更新 一次速度更新只更新 當(dāng)前層 并假定上覆層速度準(zhǔn)確 據(jù)此建立更穩(wěn)定的 速度模型 深度匹配方法 當(dāng)偏移速度準(zhǔn)確時(shí) 炮檢距域共成像點(diǎn)道集同 相軸會(huì)拉平并且同一地質(zhì)層位反射縱波和轉(zhuǎn)換橫波 返回中文目錄 石 油 地 球 物 理 勘 探 年 的成像深度也是一致的 由于縱橫波偏移速度場(chǎng)是 分開建模的 某些情況下兩分量偏移剖面局部深度 出現(xiàn)不一致 這時(shí)要調(diào)整速度模型進(jìn)行層位匹配 縱波地震資料信噪比較高 縱波偏移速度建模不依 賴于橫波速度 因此縱波偏移速度模型精度一般高 于橫波偏移速度模型 所以在層位匹配時(shí) 按如下 公式 狏 狕 狕犻 狏 犻 狕 狏 調(diào)整橫波速度模型使兩分量成像剖面深度一致 式中 狕 狕 狕犻為深度誤差 狕 為縱波偏移剖面 中當(dāng)前層的厚度 認(rèn)為是準(zhǔn)確的層深度 狕 犻是轉(zhuǎn)換 波偏移剖面中當(dāng)前層的厚度 認(rèn)為是不準(zhǔn)確的層厚 度 狏 是當(dāng)前層的縱波速度 狏 犻是當(dāng)前層的橫波偏 移速度 狏 是當(dāng)前層的準(zhǔn)確橫波速度 偏移速度分析流程 首先進(jìn)行縱波偏移速度分析 建立縱波偏移速 度場(chǎng) 然后再利用 疊前深度偏移對(duì)轉(zhuǎn)換 波地震數(shù)據(jù)進(jìn)行疊前深度偏移 提取轉(zhuǎn)換波炮檢距 域共成像點(diǎn)道集并進(jìn)行速度分析以及橫波偏移速度 場(chǎng)的更新 獲得橫波偏移速度 偏移速度分析流程如下 利用等效炮檢距共散射點(diǎn)道集 進(jìn)行速 度分析 建立初始速度模型 利用 疊前深度偏移抽取局部炮 檢距域共成像點(diǎn)道集 計(jì)算炮檢距域共成像點(diǎn)道集速度譜 拾取剩 余速度值 利用剩余速度進(jìn)行速度更新 重復(fù)步驟 進(jìn)行迭代速度分析直到 速度準(zhǔn)確 當(dāng)縱波和轉(zhuǎn)換波成像深度不一致時(shí) 通過調(diào)整 橫波偏移速度進(jìn)行深度匹配 完成準(zhǔn)確的彈性波場(chǎng) 偏移速度分析 模型測(cè)試 為了驗(yàn)證本文速度建模方法的有效性 建立一 個(gè)起伏模型進(jìn)行偏移速度分析 首先建立初始速度 場(chǎng) 并利用 疊前深度偏移抽取炮檢距域 縱波共成像點(diǎn)道集和轉(zhuǎn)換橫波共成像點(diǎn)道集進(jìn)行偏 移速度分析 再利用更新的縱波速度和橫波速度進(jìn) 行偏移成像 然后對(duì)比縱波成像剖面和轉(zhuǎn)換橫波成 像剖面 并調(diào)整橫波速度進(jìn)行深度匹配 圖 為起伏模型 模型第一層為水平界面 第二 層為起伏界面 第三層為水平界面 模型最大垂直深 度為 水平長度范圍為 范圍為 間隔為 正演模擬共放 炮 每一炮 道接收 采樣間隔為 采樣長 度為 每隔 個(gè) 點(diǎn)選取速度分析的一個(gè) 控制點(diǎn) 圖 表示第 個(gè) 點(diǎn)利用本文方法 進(jìn)行 速 度 更 新 的 結(jié) 果 及 最 終 的 成 像 剖 面 其 中 圖 和圖 分別表示利用初始速度場(chǎng)進(jìn)行疊前偏 移抽取的縱橫波炮檢距域共成像點(diǎn)道集 同相軸上 翹 說明初始速度偏低 利用本文方法進(jìn)行縱波和 轉(zhuǎn)換波速度迭代更新 獲取最終的縱波和轉(zhuǎn)換橫波 速度 偏移成像并分別抽取縱波和轉(zhuǎn)換波炮檢距域 共成像點(diǎn)道集 如圖 和圖 所示 共成像點(diǎn)道集 同相軸已拉平 圖 和圖 分別表示利用更新之 后最終的縱波和轉(zhuǎn)換波速度獲取的縱波偏移剖面和 轉(zhuǎn)換橫波偏移剖面 從圖中可以看到兩個(gè)偏移剖面 對(duì)應(yīng)層位一致 成像準(zhǔn)確 說明通過速度分析獲取的 偏移速度準(zhǔn)確 圖 起伏模型 實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)用 野外觀測(cè)系統(tǒng)采用單邊放炮 最小炮檢距為 最大炮檢距為 道間距為 共 炮 采樣率為 采樣時(shí)間為 圖 和圖 分 返回中文目錄 第 卷 第 期 韓建光等 彈性波 疊前深度偏移速度分析 圖 模型數(shù)據(jù)彈性波偏移速度分析前 后道集及其偏移結(jié)果 縱波初始速度偏移抽取的 轉(zhuǎn)換波初始速度偏移抽取的 速度更新后縱波偏 移抽取的 速度更新后轉(zhuǎn)換波偏移抽取的 縱波偏移剖面 轉(zhuǎn)換波偏移剖面 圖 野外地震記錄 犣分量 犡分量 返回中文目錄 石 油 地 球 物 理 勘 探 年 別為此測(cè)線中三炮的犣分量和犡分量地震數(shù)據(jù) 首先建立初始的縱波和橫波速度場(chǎng) 對(duì)初始速 度場(chǎng)進(jìn)行偏移成像并抽取第 個(gè) 點(diǎn)的縱波 炮檢距域共成像點(diǎn)道集和轉(zhuǎn)換波炮檢距域共成像 點(diǎn)道集 如圖 和圖 所示 對(duì)其進(jìn)行偏移速度 迭代更新后獲取縱橫波速度 偏移成像 并分別抽取 縱波共成像點(diǎn)道集和轉(zhuǎn)換波共成像點(diǎn)道集 圖 和 圖 可 以 看 到 兩 個(gè) 道 集 的 同 相 軸 都 已 拉 平 圖 和圖 分別為縱波偏移剖面與轉(zhuǎn)換波偏移剖 面 由于野外資料質(zhì)量較差 信噪比較低 且能量衰 減嚴(yán)重 尤其是轉(zhuǎn)換波能量衰減比較嚴(yán)重 圖 導(dǎo) 致深層偏移成像效果較差 但從圖中可以看到兩個(gè) 剖面對(duì)應(yīng)層位深度相同 構(gòu)造成像形態(tài)基本一致 說 明偏移速度比較準(zhǔn)確 圖 實(shí)際數(shù)據(jù)彈性波偏移速度分析前 后道集及其偏移結(jié)果 縱波初始速度偏移抽取的 轉(zhuǎn)換波初始速度偏移抽取的 速度更新后縱波偏 移抽取的 速度更新后轉(zhuǎn)換波偏移抽取的 縱波偏移剖面 轉(zhuǎn)換波偏移剖面 結(jié)束語 本文提出的彈性波 疊前深度偏移速 度分析方法 是一種適用于多分量地震數(shù)據(jù)有效的 速度分析方法 根據(jù)炮檢距域共成像點(diǎn)道集拉平準(zhǔn) 則 利用共成像點(diǎn)道集速度更新方法進(jìn)行縱橫波速 度分析 并對(duì)兩分量數(shù)據(jù)成像剖面進(jìn)行深度匹配 能 夠建立符合偏移成像的縱橫波速度模型 通過模型 數(shù)據(jù)和實(shí)際資料的試算證明了該方法的有效性 本 文所用的速度更新方法基于小傾角的假設(shè) 速度分 析誤差隨傾角的增大而增大 對(duì)于速度空變劇烈和 返回中文目錄 第 卷 第 期 韓建光等 彈性波 疊前深度偏移速度分析 構(gòu)造復(fù)雜的情況 還需要做進(jìn)一步的研究 此外 對(duì) 于轉(zhuǎn)換波的偏移速度分析方法研究較少 需要更多 的探索研究 參 考 文 獻(xiàn) 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 狊 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 狊 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 狊 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 狊 犉 犻 狉 狊 狋犅 狉 犲 犪 犽 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 狊 犛 犈 犌犜 犲 犮 犺 狀 犻 犮 犪 犾犘 狉 狅 犵 狉 犪 犿犈 狓 狆 犪 狀 犱 犲 犱犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋 狊 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 狊 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 狊 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 狊 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 狊 犛 犈 犌犜 犲 犮 犺 狀 犻 犮 犪 犾犘 狉 狅 犵 狉 犪 犿犈 狓 狆 犪 狀 犱 犲 犱犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋 狊 犛 犈 犌犜 犲 犮 犺 狀 犻 犮 犪 犾犘 狉 狅 犵 狉 犪 犿犈 狓 狆 犪 狀 犱 犲 犱犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋 狊 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 犪 犾 犘 狉 狅 狊 狆 犲 犮 狋 犻 狀 犵 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 犪 犾 犘 狉 狅 狊 狆 犲 犮 狋 犻 狀 犵 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 狊 犕 犻 犵 狉 犪 狋 犻 狅 狀 犞 犲 犾 狅 犮 犻 狋 狔 犃 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊 犆 犚 犈犠犈 犛 犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺犚 犲 狆 狅 狉 狋 犛 犈 犌 犜 犲 犮 犺 狀 犻 犮 犪 犾 犘 狉 狅 犵 狉 犪 犿 犈 狓 狆 犪 狀 犱 犲 犱 犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮