基于三维地震数据体的深度域层速度自动拾取及建模方法-论文全文

图 5 时间域均方根速度转换成深度域ຫໍສະໝຸດ Baidu速度流程
到此，已经得到了一个可以用于做克希霍夫叠前深度偏移的三维深度域层速度场；结合深 度偏移速度模型更新方法， 用这个速度场对原始 CDP 道集做 4*4 的克希霍夫叠前深度偏移处理，
得到偏移后的 CRP 道集和叠加剖面后， 再计算地层倾角和剩余速度延迟量， 进行速度模型更新。 如图 6 所示：
2
2
（4）
高相似系数越大，方程(4) 的右边多项式越小。获得有限差分解后，可以沿旅行时梯度方向 逆向追踪的方法来拾取到最佳的速度曲线。
3
模型测试
通过上述有限差分解短时距方程来拾取能量最大值的方法，我们能够拾取到较为准确的速
度曲线。下面根据模型数据和实际资料的实验，分析速度自动拾取的精确程度。 3.1 模型一 如图 1 所示，建立如下的水平层状介质速度模型：
2
方法原理
基于相似系数(Sarkar et al.,2002) 计算的速度分析方法，将同相轴拉平后能量叠加 ( 李振春和
张军华，2004) 改成了相似性计算，即道集的叠加输出能量与输入能量之比，以此来提高叠加速 度的精度。 相似系数定义如下：
Sc
N ui , j ri j 0 i 1
图 7 迭代前后的 RMO 量对比示意图
地层倾角数据体是根据叠前深度偏移后的叠加剖面计算得到的，如图 8 所示。 得到了倾角数据体和 RMO 数据体量后，再利用“ 多偏移距层析成像反演” 更新速度模型。 多偏移距层析成像反演法是根据深度偏移后的 CRP 道集提取剩余速度分量 ( 徐翠娥等，2008) ， 通过迭代反演修正速度。 综上所述，通过速度模型更新迭代，一步步逼近地层真实的深度域层速度，我们能够得到 的有：1.一维的 CDP 点速度曲线；2.二维的层速度剖面，如图 9 所示；3.三维的深度域层速度 场，如图 10 所示。
Keyword velocity analysis; Semblance coefficient; Root mean square velocity; automatical pick up; prestack depth migration
1
引言
许多学者都讨论过地震资料速度自动拾取的问题。无论是(Taner and Koehler,1969) 、(Adler
图中（a）表示某海洋地震资料 CDP 道集;（b）表示速度谱
该工区的线号范围:1988-3332；CDP 号范围:718-1714；线间距和 CDP 间距都是 25m；那么 取 100m 为一个网格单元，即（线号 *CDP 号=4*4）网格化。原有的 1344*996（1*1）个 CDP 点，抽稀到 4*4。 对 4*4 网格化的 CDP 点全部自动拾取速度曲线，这样就得到了速度网格密度为 100m 的三 维时间域均方根速度场，再根据经典的 DIX 公式，将其转化为时间域层速度场，时深转换后就 能够得到深度域层速度场，如图 5 所示。
f 2 vt
tmax
tmin
exp S c t, vt 2 vt dt
2
（3）
其中 是一个度量参数。根据变分理论，可通过用有限差分算法解短时距方程确定一个最 优的速度点。
1 T T 2 exp 2 S c t , v t v
f1 v t
tmax
tmin
S c t , v t dt
（2）
结合相应的射线追踪理论将变分公式推广：第一个到达的地震射线轨迹是相应的反射波最 小旅行时。应当尽量选取较少的积分区间来进行速度扫描 t , v，这样才能够尽快确定所对应于 最佳速度的趋势轨迹路径。 那么使用变分方法：
（a ）
（b）
（ c）
图 2. 横向速度变化较小的简单模型速度拾取
图中（a）表示速度谱;（b）、（c）表示道集拉平程度
3.2 模型二 当速度沿着时间梯度变化规律存在不均匀性时，为了验证速度拾取的准确程度，建立如下
具有正弦曲线规律的速度模型，如图 3 所示： 根据图 3c 和图 3d，在目的层 0.6 秒-1.6 秒之间，拾取的速度曲线形状与原速度模型曲线规 律基本保持一致，只是在浅层和深层存在较大偏差。这是因为浅层数据量不够，缺少中远偏移 距数据；而深层能量团收敛程度不如目的层，进而导致能量团最大值分辨程度减弱。 由于计算机只能拾取能量最大值，可以考虑给定一个速度拾取曲线走向规律的范围，将自 动拾取的范围尽量控制在该范围之内。
X RMO X C i X i max
n

i
（5 ）
X 表示 CRP 道集对应的偏移距值， X max 表示该 CRP 道集的最大偏移距，通常我们给定
i 2,4,
同时对三维网格上的所有 CRP 道集自动拾取 RMO 量。可以估算深度域成像的三维剩余速
度误差速度体。拾取 RMO 量的迭代过程如图 7 所示。
m N 1
m
2
（1 ）
N ui2, j ri
j 0 i 1
式中，m 为时窗的采样点数，N 为记录道数，u 为地震道，r 为动校正的延迟量。相似系数 标志着叠加效果的好坏。 当扫描速度接近于动校正速度时， 即当地震道各道相等时 S c 接近于 1； 否则，将会是小于 1 的某个值。当各道的值均为随机量时，S c 趋于零，S c 的取值范围在 0―1 之 间。由上式可知当地震波振幅是沿着时距曲线均匀分布时，道集拉平的相似系数是最大的。 相似系数域 S c t , v 一个最佳的速度拾取点 vt 对应于最大的可变积分区间为
图 1.用于合成 CMP 道集的速度模型
根据该速度模型和时距曲线公式建立一组同相轴，横向上 41 道，道间隔 50m；纵向上样 点数为 401，采样间隔为 0.004s；同相轴起始时间分别是 200ms、600ms 和 1000ms；制作合成 记录时采用 25Hz 的雷克子波；对这组 CMP 道集做速度自动拾取得到图 2 所示。 可以清楚地看到速度沿着时间梯度变化较小时，能量团收敛较好，形状清晰，能够自动拾 取准确的速度。
（a ）
（b）
（ c） 图3
（d）
用于合成 CMP 道集的速度曲线模型与自动拾取的速度曲线
图中（a） 表示双曲线同相轴;（b）表示速度谱；（c）表示理论速度曲线；（d）表示实际拾取速度曲线
4
三维速度建模
如图 4a 所示， 实际地震数据是中国南海海洋地震资料中的某三维地震数据。 选取某一个满
覆盖的 CMP 道集，共 180 道，道间距 25m，采样间隔 4ms，截取记录长度 4500ms，目标层在 深度为 2200ms-3150ms 之间。如图 4b 所示，自动拾取的速度曲线形状与速度谱能量团走势规 律保持一致，拾取的速度值与我们人工拾取的速度值差别非常小。通过有限差分法解短时距方 程，自动拾取速度的过程都是通过计算机实现，并且不受速度拾取密度大小的限制。
为了能够避免横向均匀性对自动拾取的影响，必须能够自由控制速度拾取的网格密度，那 么把这块三维海洋地震资料网格归一化，转化为多个一维速度曲线拾取问题。如果对网格化的 CDP 点全部自动拾取速度曲线，就能够得到一个速度网格化的三维时间域均方根速度场。
（a ） 图4
（b ）
某海洋地震资料 CMP 道集与自动拾取的速度曲线
根据自动拾取得到的速度 建立时间域均方根速度场 在输出的 CRP道集上 根据几何参数 确定速度模型范围 多偏移距层析成像 反演更新速度模型 根据 DIX公式 将均方根速度转化为层速度 道集拉平 是 时深转换建立 深度域速度模型 全数据体偏移 否 拾取剩余速度 形成深度域叠加数据体 计算倾角数据体 进行深度偏移网格输出
图 6 深度偏移速度模型建立及更新示意图
在初始速度模型的基础上，进行速度模型更新还需要以下数据： 1.剩余速度延迟量( 詹治田，1998) ：根据 CRP 道集的水平程度拾取剩余速度； 2.倾角数据体：包含了与构造相关的地层倾角信息，用于射线追踪计算反射波旅行时差。
图 7 速度模型更新所需的数据体
Residual Move Out（RMO）剩余速度误差曲线( 程玉坤等，2008) 是由偏移后的 CRP 道集提 取的，可表示成与偏移距对应的线性关系，如公式 5。
图 8 用于速度模型反演的地层倾角数据体
图 9 速度模型更新迭代后的速度剖面
图 10 三维的深度域层速度场
基于三维地震数据体的深度域 层速度自动拾取及建模方法
杨存
摘要
熊冉
赵继龙
郑剑锋
黄理力
（中国石油杭州地质研究院）
本文结合相似系数速度分析的基本原理，利用旅行时梯度方向逆向追踪的方法来拾取最佳的 均方根速度曲线，再根据 DIX 公式将每一个 CDP 点的均方根速度曲线转换为时间域层速度，进而时 深转换后得到三维深度域层速度场。结合深度偏移速度体更新方法，通过克希霍夫叠前深度偏移速 度建模更新迭代来逼近地层的真实速度。该方法能够自由控制速度拾取的网格密度，既降低了手工 拾取的主观速度误差，又加密了速度分析的网格。计算机自动拾取速度，通过程序进行速度场的更 新迭代，工作重心转移到了质量监控上，可大幅减少处理人员的工作量，节省人工拾取速度的时间。 Abstract Combined with the basic principle of Semblance coefficient velocity analysis, according to Dix formula, this article transforms the root mean square velocity curve of each CDP points into the time domain layer velocity by using the travel direction gradient reverse tracing velocity curve. By doing this, we can obtain the 3D depth domain layer velocity field after time depth conversion. Combined with the method of prestack depth migration velocity iteration, we can obtain the true velocity of formation by updating Kirchhoff’s modeling of prestack depth migration velocity. The method can control the density of the mesh freely, which can not only reduce the subjective error of the manual picking, but also encrypt the grid of the velocity analysis. By updating the program of velocity field, the automatically pick up velocity of the computer shifts its focus to the quality control, which can significantly reduce the workload of staff and save manual velocity picking time. 关键词 速度分析 相似系数 均方根速度 自动拾取 深度偏移
and Brandwood,1999）、(Siliqi et al.,2003) 还是(Arnaud et al.,2004) ，基本研究思路都是通过沿旅 行时梯度方向逆向追踪来拾取到速度谱上能量最大值。本文根据上述方法，通过计算机自动拾 取均方根速度场，并且与克希霍夫叠前深度偏移层速度建模及更新方法结合，提出了一套能够 适用于实际地震资料处理的深度域层速度建模方法。