西沙海域天然氣水合物地震資料高密度雙譜速度分析技術(shù)探討*

邢 濤 陳宏文 張寶金

(國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州 510075)

發(fā)展海洋天然氣水合物的地球物理探測高新技術(shù), 包括數(shù)據(jù)采集、高分辨率成像為主的處理系統(tǒng)與地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)綜合解釋技術(shù), 是準(zhǔn)確了解天然氣水合物的分布與蘊(yùn)藏量的關(guān)鍵(馬在田等,2000)。在天然氣水合物地震資料研究中, 速度反轉(zhuǎn)、地震剖面上的似海底反射層 BSR強(qiáng)反射界面之上的高速異常帶是水合物的典型表現(xiàn)特征, 速度異常是水合物地層最重要的識別標(biāo)志之一(宋海斌等, 2002,2003)。速度分析是資料處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié), 對整個(gè)處理質(zhì)量有決定性作用, 也是速度異常研究的基礎(chǔ)條件,高精度速度分析有助于尋找水合物礦點(diǎn)、判定水合物層位(梁勁等, 2006)。同時(shí)高質(zhì)量的地震波速度也可作為AVO分析、無井約束反演等研究的重要參數(shù)(張寶金等, 2008)。因此, 高質(zhì)量的速度分析是水合物地震資料處理中的重要內(nèi)容。

常規(guī)的速度分析技術(shù)是基于各向同性假設(shè), 基于雙曲線方程計(jì)算走時(shí)的, 沒有考慮到地層真實(shí)的各向異性的影響。近些年來隨著海上地震采集技術(shù)的不斷發(fā)展, 電纜長度不斷增加, 使得地層各向異性的影響更加突出, 其結(jié)果嚴(yán)重影響了地震數(shù)據(jù)的成像質(zhì)量(莊祖垠等, 2013)。高密度雙譜速度分析是雙曲線動校正的基礎(chǔ)上綜合考慮各向異性, 使遠(yuǎn)偏移距的道集得到很好的校正, 并逐點(diǎn)地進(jìn)行速度分析來得到空間上細(xì)致的速度分布狀態(tài), 采用速度自動拾取的方法來避免人為拾取帶來的誤差, 從而達(dá)到高質(zhì)量速度分析的目的。

1 理論與原理

常規(guī)的速度分析基于各向同性假設(shè)、雙曲近似計(jì)算走時(shí)。在偏移距和目的層深度比值較小的時(shí)候,多層介質(zhì)的速度值可以用均方根速度代替, 這種假設(shè)誤差較小。在水平層狀各向同性介質(zhì)中, 在小偏移距近似的情況下, Dix雙曲線方程如下

當(dāng)偏移距和目的層深度比值較大而引起的誤差增大的時(shí)候, 需要在常規(guī)速度分析的基礎(chǔ)上綜合考慮遠(yuǎn)偏移距的各向異性問題(Alkhalifah,2000)。

Thomsen將各向異性問題的影響從各項(xiàng)同性背景中分離出來, 提出了各向異性參數(shù)和線性近似公式(Thomsen, 1986; Tsvankin, 1996), 更直觀地表征了各向異性的物理意義, 說明了各向異性在資料處理中的重要性(Helbig et al, 2005)。Tsvankin提出了適用于各向異性介質(zhì)和長偏移距的非雙曲線 NMO 方程(Tsvankin et al, 1994, 1995)。Alkhalifah和Tsvankin提出了有別于常規(guī)單參數(shù)速度分析的雙參數(shù) Vnmo和 η的速度分析方法(Alkhalifah et al, 1995, 1997), 來進(jìn)行非雙曲時(shí)差速度校正, 在任意各向異性情況下的非雙曲線時(shí)差方程如下

式中: Vnmo為NMO速度, η為各向異性參數(shù)。從公式可以看出, 各向異性參數(shù)在遠(yuǎn)偏移距時(shí)更明顯地改變了反射波走時(shí)的計(jì)算(徐翠娥等, 2008)。

Siliqi經(jīng)過深入研究提出: 在垂直各向異性介質(zhì)中, 將雙曲線方程變換成用V和其他參數(shù)表示的非雙曲線方程(Siliqi et al, 2000 ; Siliqi, 2001), 如下式

式中: V為NMO速度, η為各向異性參數(shù)(非橢圓率), x為偏移距, t0為零偏移距走時(shí)。當(dāng)η等于0或者當(dāng)偏移距深度比值很小時(shí), 方程收斂為經(jīng)典的雙曲線動校正方程。由此可見各向異性參數(shù) η對時(shí)差計(jì)算的影響是不規(guī)則分布的, 主要集中在遠(yuǎn)偏移距。在應(yīng)用于實(shí)際資料計(jì)算時(shí), 必須將速度V和各向異性參數(shù)η結(jié)合起來, 采用雙譜分析技術(shù), 才能有效地解決遠(yuǎn)偏移距下的各向異性問題。

2 高密度雙譜速度分析參數(shù)拾取

高密度雙譜速度分析是在每一道都進(jìn)行速度分析, 在提高速度分析密度的同時(shí)綜合考慮各向異性的影響, 是由 Siliqi等(Le Meur et al, 2003;Siliqi et al, 2003)提出的。該方法基于前文所述的理論原理, 根據(jù)非雙曲線時(shí)差方程進(jìn)行分析, 與常規(guī)的速度分析方法相比, 雙譜速度分析方法的優(yōu)點(diǎn)在于同時(shí)掃描V和η兩個(gè)參數(shù)(潘成磊等, 2010)。

在分析過程中, 加入兩個(gè)參數(shù)dtn和τ0來進(jìn)行非雙曲線校正。參數(shù)dtn為最大偏移距時(shí)的剩余時(shí)差, τ0為零偏移距走時(shí), 參數(shù)示意圖如圖1所示。

圖1 雙譜分析參數(shù)dtn和τ0示意圖Fig. 1 Schematic diagram of dtn and τ0 in bispectral analysis

通過公示變換, 由V-η影響的非雙曲線動校方程可以轉(zhuǎn)換為dtn-τ0來表征, 具體公式如下

從而 dtn-τ0對可以隨時(shí)轉(zhuǎn)化為 V-η對, 這樣就可以通過掃描 dtn-τ0來轉(zhuǎn)換獲得 V-η參數(shù), 從而完成雙譜速度分析。

在上述雙譜速度分析方法的基礎(chǔ)上, 法國 CGG公司研發(fā)了相關(guān)處理模塊來實(shí)現(xiàn)高密度雙譜速度分析, 具體實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

首先對道集數(shù)據(jù)進(jìn)行高密度雙譜自動速度拾取(hdpic), 掃描并拾取參數(shù) dtn和 τ0后, 分解成對應(yīng)的低頻分量和高頻分量; 然后對得到的dtn和τ0的高頻分量分別進(jìn)行地質(zhì)統(tǒng)計(jì)濾波(hdfil), 消除分量中的一些突變和噪音, 使高頻分量部分連續(xù)性更好, 有利于接下來的處理; 再將處理過的高頻分量和之前的低頻分量合并(hdbox), 生成新的dtn和τ0; 最后將dtn-τ0轉(zhuǎn)化為速度和各向異性參數(shù) V-η, 應(yīng)用于道集數(shù)據(jù)中進(jìn)行高密度非雙曲線動校正, 從而得到解決各向異性問題后的高密度疊加數(shù)據(jù)體。

圖2 高密度雙譜速度分析流程Fig. 2 The flowchart of high-density bispectral velocity analysis

3 天然氣水合物地震資料應(yīng)用效果

采用南海西沙海域天然氣水合物二維高分辨率多道地震數(shù)據(jù)資料, 使用 Geovation地震資料處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。針對典型測線進(jìn)行保真處理, 經(jīng)過去多次波、反褶積、高精度速度分析、疊前時(shí)間偏移等處理, 得到了較為理想的偏移剖面。之后, 重點(diǎn)對疊前時(shí)間偏移數(shù)據(jù)進(jìn)行高密度雙譜速度分析, 通過高密度雙譜非雙曲線型NMO自動拾取, 使疊前資料的每一道和每一個(gè)采樣點(diǎn)都有各向異性速度場, 最終獲得解決各向異性問題后的疊前時(shí)間偏移剖面。

本次天然氣水合物地震二維資料的最大偏移距為3150m。從圖3道集對比中可以看出, 在高密度雙譜速度分析校正之前的道集上, 同相軸在遠(yuǎn)偏移距位置, 常規(guī)速度分析無法校平, 存在校正過量或者校正不足的現(xiàn)象, 各向異性問題對校正結(jié)果影響非常明顯。在經(jīng)過高密度雙譜速度分析校正之后, 同時(shí)分析拾取速度和各向異性參數(shù), 使得道集在遠(yuǎn)偏移距位置的同相軸得以拉平, 提高了成像質(zhì)量。從圖4的剖面對比中可以看出, 在高密度雙譜速度分析之后,各向異性解決使遠(yuǎn)偏移距有了更多的有效信息參與到數(shù)據(jù)處理之中, 使得反射波的同向軸更為連續(xù)和清晰, 整體能量也得到了增強(qiáng), 剖面的細(xì)節(jié)刻畫更加明確, 特別是水合物目標(biāo)層所在的淺層的信噪比和分辨率有了非常明顯的提升。從圖5中可以看出, 相對于常規(guī)速度分析的速度場, 經(jīng)過高密度雙譜分析之后, 每個(gè) CDP和每個(gè)采樣點(diǎn)都自動拾取速度形成的速度場在保證速度自動拾取準(zhǔn)確性的同時(shí), 提高了分辨能力和分析密度, 更為準(zhǔn)確清晰地反映了剖面的地質(zhì)構(gòu)造。

圖3 高密度雙譜速度分析前后動校正道集對比Fig. 3 Contrasts of corrected gathers(a. hyperbola moveout; b. nonhyperbolic moveout)

圖4 高密度雙譜速度分析前后疊前時(shí)間偏移剖面對比Fig. 4 Contrast of PSTM results (a. conventional velocity picking; b. high-density bispectral velocity picking)

圖5 高密度雙譜速度分析前后速度場對比Fig. 5 Contrast of Velocity field (a. conventional velocity picking ; b. high density bispectral velocity picking)

綜上, 高密度雙譜非雙曲線動校對遠(yuǎn)偏移距的同相軸進(jìn)行了拉平, 從而使得遠(yuǎn)偏移距有更多的有效信息可以參與疊加, 在每道和每個(gè)采樣點(diǎn)都獲得各向異性速度場的條件下, 明顯改善了復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域的成像效果, 提高了疊前偏移剖面的處理質(zhì)量。

4 結(jié)論

(1)高密度雙譜速度分析技術(shù)采用的是非雙曲線動校正, 在常規(guī)雙曲線動校的基礎(chǔ)上綜合考慮各向異性的影響。各向異性參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算, 有效解決了常規(guī)速度分析中遠(yuǎn)偏移距的道集校正不平的問題。

(2)高密度雙譜速度分析方法實(shí)現(xiàn)了速度逐道逐點(diǎn)的自動拾取, 拋棄了常規(guī)速度分析的速度插值方法, 避免人為拾取帶來的誤差, 使得速度場有著更高的精確度, 提高了時(shí)間方向的分辨能力、空間方向的分析密度, 可以充分挖掘水合物地震數(shù)據(jù)的潛力。

(3)高密度雙譜速度分析技術(shù)保留了更多的遠(yuǎn)道信息, 使更多的有效信息參與到數(shù)據(jù)處理中。處理后反射同向軸更為清晰連續(xù), 剖面細(xì)節(jié)刻畫更加明確, 特別是水合物目標(biāo)層所在的淺層的信噪比和分辨率有了非常明顯的提升, 整體成像質(zhì)量得到明顯提高, 為天然氣水合物地震勘探提供了一種更為可靠的技術(shù)手段。

(4)高密度雙譜速度分析方法對用于分析的數(shù)據(jù)資料要求較高。由于各向異性參數(shù)受近偏移距時(shí)差影響, 準(zhǔn)確的常規(guī)速度分析是研究各向異性的基礎(chǔ)條件。此外, 各種噪音引起的信噪比偏低等, 都會對各向異性分析產(chǎn)生干擾。本文在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段嚴(yán)格質(zhì)控,以高質(zhì)量的疊前時(shí)間偏移數(shù)據(jù)和精細(xì)的常規(guī)速度分析作為基礎(chǔ), 充分保證了高密度雙譜速度分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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