多道集偏移速度建模方法研究

【摘要】： 随着地震勘探难度的增大和油气藏复杂性的增加，对地震资料成像精度的要求越来越高。为使地震资料更好地为油气田的勘探和开发服务，叠前深度偏移成像已成为人们关注的重点和焦点。目前，有些叠前深度偏移方法已成功地应用于地震资料处理中，并获取了高质量的地震成像剖面。但在叠前深度偏移成像过程中，成像质量直接依赖于偏移速度场的精度。当地下速-深模型正确时，会得到好的地震成像效果；否则，在成像深度和振幅保真上都会出现偏差，偏差的极性和大小取决于速-深模型的精度。考虑到叠前深度偏移对目的层成像的重要性和对速-深模型的敏感性，近年来，地震工作者已把注意力转移到偏移速度建模上。偏移速度建模的方法很多。依据所基于的理论，分为射线法偏移速度建模、波动方程法偏移速度建模、和综合法偏移速度建模；按所使用的道集，分为共中心点(CMP)道集、共成像点(CIP)道集、共反射点(CRP)道集、共反射面(CRS)道集和共聚集点(CFP)道集等方法；波动方程法又分为深度聚集分析(DFA)和剩余曲率分析(RCA)。但上述方法不同程度地受到地下地质构造和速度场复杂性的约束。如地层倾角的大小、上覆构造的复杂性、偏移距的大小、和速度场的横向变化等。为更好地适应以上约束条件，实现复杂构造的准确成像，我们首先从理论上探讨了偏移速度建模过程中，速度误差与深度误差、深度、旅行时误差、速度、和炮检距等的定量关系，修正速度的准则；然后通过多种模型(包括Marmousi模型在内)进行试算，合理选取用于偏移速度建模的射线追踪法、层析成像法、或叠前深度偏移法，基于效果和效率选取偏移速度建模方法。最后，我们提出了四种道集的偏移速度建模方法。一是基于射线追踪的共中心点(CMP)道集偏移速度建模；二是基于剩余曲率分析和波动方程法叠前深度偏移的共成像点(CIP)道集偏移速度建模；三是基于等时原理和射线追踪／波动方程正演模拟的共聚焦点(CFP)道集偏移速度建模；四是基于优化三参数的共反射面(CRS)道集偏移速度建模。有时也可采用多级多道集偏移速度建模方法。模型试算表明了方法的有效性和适用性。 论文涉及到的内容较多。1．包括了叠前深度偏移、正演模拟、CFP偏移、和CRS叠加。在叠前深度偏移中，我们探讨了Kirchhoff积分法、分步富里叶(SSF)法、富里叶有限差分(FFD)法、频率-空间域有限差分(FXFD)法、和广义屏(GS)法(涉及到了相屏(PS)法(同SSF)、扩展的局部Born近似法(单参考慢度法和多参考慢度法)、和扩展的局部Rytov近似法)，以上方法均对Marmousi模型进行了试算。我们推导了适于横向变速的高阶有限差分正演模拟方程，并对Marmousi模型和胜利模型做了零炮检距模拟。CFP偏移是基于等时原理，它是一种新的叠前深度偏移成像方法，对理论模型我们做了CFP偏移处理。CRS叠加是一种与速度无关的地震成像方法，我们推导了全部理论公式，试算了包括Marmousi模型在内的多个模型，处理了胜利探区的一实际资料。上述方法是我们进行偏移速度建模的基础。考虑到计算效率、精度和稳定性，我们采用了SSF和FFD法叠前深度偏移、高阶差分正演模拟、CFP偏移、和CRS叠加。2．偏移速度建模是我们讨论的核心问题。在偏移速度建模中用到了CMP、CIP(或称为CDP或CRP)、CFP、和CRS道集。在CMP道集偏移速度建模中，我们是基于射线理论和最大叠加能量或最大相关系数准则来校正偏移速度，推导了常速和变速射线法求CMP等多种道集中各道反射旅行时的解析式，提出了基于速度扫描的CMP道集偏移速度建模方法，对较复杂模型做了试算。在CIP道集偏移速度建模中，推导了成像深度误差与偏移速度误差之间的基本关系，对偏移后的CIP道集上出现的剩余曲率做了定量描述。简单模型下，给出了利用CIP道集各道成像深度误差求取校正速度的线性插值法；复杂模型下，提出了利用CIP道集各道成像深度误差求取导数函数的单参数法和多参数法，和随后在CIP道集利用广义线性迭代反演计算校正速度的单参数扰动法和多参数同时扰动法，对包括Marmousi模型在内的多个模型做了试算，结果显示了方法的良好适应性和有效性。在CFP道集偏移速度建模中，利用等时原理，通过差异时移(DTS)分析，提出了基于最小二乘原理求取校正速度的约束参数反演法，试算了一模型，结果是令人满意的。在CRS道集偏移速度建模中，推导了优化三参数与偏移速度场之间的定量关系，提出了利用CRS叠加中的优化三参数求取偏移速度场的射线追踪法，模型试算表明了方法的有效性和适应性。 由上述四种偏移速度建模方法试算的结果以及它们所依据的道集和所基于的理论可以得出：对CMP道集偏移速度建模，效率高，但精度依赖于构造的复杂性，在某种意义上来讲，精度随复杂性而降低，存在速度累计误差和多解性问题，适于不太复杂地质体的速度建模，变速射线追踪法会提高CMP道集偏移速度建模对复杂介质的适应性；对CIP道集偏移速度建模，效率较低，但精度和稳定性高，适于复杂地质体的速度建模；对CFP道集偏移速度建模，若基于波动方程模拟，效率一般，但精度和稳定性高，适于复杂地质体的速度建模；若基于射线追踪模拟，效率较高，但精度和稳定性稍差一些，最适于一般地质体的速度建模；对CRS道集偏移速度建模，效率一般，速度分析精度取决于优化三参数的精度，适于较复杂地质体的速度建模。 为了提高偏移速度建模的效率、精度、和稳定性，也可以采用多级多道集的偏移速度建模。比如，第一级用CMP道集、第二级用CIP道集等。值得注意的是：CFP道集和CRS道集偏移速度建模为我们提供了两种新的偏移速度分析方法。随着它们的不断发展和完善，一定会在偏移速度建模中发挥作用，应用会越来越广泛。