复杂构造地震叠前深度偏移速度模型构建及效果

复杂构造地震叠前深度偏移速度模型构建及效果罗勇;张龙;马俊彦;肖立新;林娟【摘要】准噶尔盆地南缘独山子地区近地表结构复杂,地下构造多表现为上陡下缓的形态,断裂发育,波场极其复杂,给地震叠前深度偏移成像造成困难.论述了独山子地区地震叠前偏移速度模型构建的几个关键环节:首先充分利用该区的钻井资料建立区域层速度量版,消除近地表西域砾岩对下伏地层速度的影响；其次通过测井速度资料对地震速度进行约束校正,采用沿层相干反演等层速度反演方法提高速度模型的精度,最终对二维网格开展拟三维速度模型的建立,确保了二维网格速度场空间和时间上的闭合,叠前深度偏移取得了良好的成像效果.【期刊名称】《新疆石油地质》【年(卷),期】2013(034)005【总页数】4页(P576-579)【关键词】准噶尔盆地;南缘;叠前深度偏移;速度模型构建;层速度量版;沿层相干反演;拟三维速度模型【作者】罗勇;张龙;马俊彦;肖立新;林娟【作者单位】中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所,乌鲁木齐830013;中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所,乌鲁木齐830013;中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所,乌鲁木齐830013;中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所,乌鲁木齐830013;中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所,乌鲁木齐830013【正文语种】中文【中图分类】P631.443独山子背斜处于准噶尔盆地南缘冲断带四棵树凹陷之中，位于盆地南缘山前第三排构造带西部。

背斜北翼被一系列南倾断裂切割成南翼缓、北翼陡的断背斜，地层倾角达65°～85°；而白垩系底部及以下地层则为褶皱缓、断裂规模较小的断褶，构成上陡、下缓两大构造层。

因此，此类复杂构造带在独山子断裂下盘，地层挤压褶皱剧烈，加之逆断层多次切割，地层破碎，导致地震反射层杂乱，资料品质差，地震成像十分困难。

研究此类复杂构造区地震叠前深度偏移速度模型的构建方法及应用效果，对提高类似地区的地震勘探精度很有帮助。

1 地震资料品质及成像难点受浅层高陡复杂构造的影响，进入深层的反射波极为复杂，使得背斜北翼侏罗系地震层序成像普遍较差，大部分剖面背斜北翼波组连续性差，断点不清晰；南翼地震资料品质相对较好，波组较连续，但部分剖面南翼深层地震成像效果较差，隐约可见断断续续的相位[1,2]。

以往该地区主要针对中上组合地震反射，针对中下组合地震反射波照明度欠缺，在以往叠后时间偏移地震成果的基础上开展地质综合研究，落实圈闭进行构造成图时又受到各地层层速度的精度影响。

因此，通过叠前深度偏移开展层速度场的反演，提高速度精度至关重要。

但该区叠前深度偏移成像存在以下几方面的难点：近地表结构复杂，表层速度模型构建难，静校正问题突出；近地表局部地区存在高速的西域组砾岩，对下伏地层的速度影响较大；构造埋深大，地震资料品质差，构造模型多解；地震资料信噪比低，波场复杂，偏移速度场建立及精度提高十分困难。

2 叠前深度偏移速度模型构建独山子背斜上组合浅部构造窄陡，中下组合深层构造宽缓，上滑脱断裂活动强，断裂下盘构造变化剧烈，速度横向变化大。

叠前深度偏移技术是解决复杂构造和速度横向变化剧烈地区地震资料成像问题的较好方法，而速度建模是叠前深度偏移准确成像的核心，只有建立准确的速度模型，叠前深度偏移才能取得比较满意的成像效果[3,4]。

本文论述的速度建模方法是以井约束为基础，将均方根速度进行井控约束处理，获得符合地质规律的宏观层速度分布，建立较为合理的初始速度—深度模型[5]。

速度模型迭代优化过程中，采用相干反演法确立速度场的低频趋势，针对背斜北翼断裂下盘及杂乱反射区利用层析成像建立有效速度模型，最后通过多次速度扫描迭代进行调整，在整个迭代过程中利用井约束的区域速度规律控制速度及深度的变化，最终再将全区二维测线统一起来，采用拟三维建场方式进行多线速度闭合建模，保证二维测线叠前深度偏移层速度及构造模型的闭合。

2.1 初始速度模型建立初始速度模型是利用均方根速度场，通过Dix公式转换成层速度得到。

由于均方根速度转换得到的层速度会产生许多畸变点，特别是在构造复杂、断裂发育、地层倾角大、速度场变化剧烈的南缘山前地区误差很大，不利于后续迭代处理与速度修正。

利用均方根速度转换得到的是一个不稳定的没有地质意义的层速度，如果将这种层速度用于偏移，势必会导致偏移结果不理想。

大量的试验表明，简单平滑以及编辑可以消除一些异常点，但是无法建立起与实际地层速度—深度趋势较吻合的宏观层速度场[6,7]。

最终均方根速度通过Dix公式转化成层速度，再进行编辑平滑产生深度域层速度模型，偏移剖面中背斜主体构造及断裂下盘成像效果较差（图1）。

针对复杂山地高陡构造，只有结合区域地质认识，利用钻井资料速度信息，对处理过程中成像速度转换的初始层速度进行约束，使初始层速度模型更加符合实际地质规律。

具体实现过程如下。

图1 均方根速度转层速度建立的初始速度模型及偏移效果（1）通过全区域构造建模，确定每条测线上构造的宏观变化与大的层序结构、背斜主体构造与两翼及主控滑脱断裂接触关系。

时间域构造建模过程中，在统一基准面的基础上，拾取速度界面时尽量与地质层位分层相统一，一方面便于构造模型与测井、垂直地震剖面资料层速度相匹配，另一方面统一标准，利于后续二维网格拟三维建模。

（2）搜集研究区内所有探井的声波测井资料、垂直地震剖面资料及表层结构资料，在区域地质认识的基础上建立三维构造模型，参考每条线的均方根速度趋势，根据研究区所有井速度信息建立全区宏观层速度模型。

参考声波测井资料反映垂向速度的变化特性，判断速度模型与声波测井速度变化趋势是否基本一致，来进一步确定中上组合各层系之间层速度的变化规律。

（3）针对背斜南翼浅地表高速砾岩层，参考不同位置井速度变化规律，根据砾岩厚度变化进行适当平滑，确定高速砾岩层速度规律。

针对中下组合井资料较少的情况，根据构造变化趋势以及井速度向下估算，确定横向变化相对稳定的层速度。

在井信息约束下建立的初始速度模型，既能保留处理过程中成像速度的横向变化特征，又能与地质统计规律相吻合，较好地控制了低频宏观速度场，因此能得到稳定的成像结果，以供后续速度模型反演进行精确调整（图2）。

2.2 速度—深度模型优化图2 井控初始速度模型及偏移效果速度模型优化迭代是根据共反射点道集有效反射是否校正平直（同相轴上翘则速度偏低，同相轴下拉则速度偏高）的判断原则进行剩余延迟（剩余速度）分析，计算深度剩余延迟谱，拾取道集内同相轴的剩余曲率信息，通过相干反演或层析成像技术修正层速度模型。

针对独山子背斜构造特点以及速度变化规律，在初始速度模型的基础上，先采用相干反演法确立速度场的低频趋势，再针对背斜北翼断裂下盘及反射杂乱区利用层析成像法建立有效速度模型，最后通过扫描法对速度进行微调。

相干反演是通过射线追踪某一时窗内反射同相轴的时差曲线来估算层速度，避开了双曲线假设，精度较高，不足之处是在追踪的孔径范围内假设层内速度横向不变，更适用于较小炮检距数据的速度分析；另外分析的速度误差会由浅到深累积[8]。

相干速度反演在层速度的更新上直接可以用剩余延迟由浅到深逐层修正层速度，在速度精度欠缺的情况下，层速度更新幅度较大，成像效果较好。

当速度迭代到较为准确后，由于断裂下盘资料信噪比低，反射杂乱，为进一步优化层速度必须选择网格层析成像方法。

其实现过程是对共反射点道集内的同相轴进行自动剩余曲率拾取，利用剩余曲率反映的深度速度误差信息进行网格层析成像，修正速度—深度模型，直到共反射点道集拉平[9]。

在背斜主体及北翼反射杂乱区无法获得稳定有效的相干谱，采用相干速度反演方法效果不佳，而层析成像技术借助于自动剩余曲率拾取，能够有效优化速度模型。

速度扫描在资料信噪比极差，构造复杂时，速度求取快速直观。

针对背斜北翼反射杂乱区利用不同百分比速度进行扫描，根据成像结果判断速度高低范围，通过速度微调，局部成像进一步改善。

在整个速度模型优化过程中，必须参考初始速度趋势，另外还需要参考实际井信息，使速度变化趋势尽量与其一致，避免构造形变，通过井控约束，修正后的深度更合理。

在速度建模合理的同时结合构造模型不断优化完善叠前偏移建模方案，持续改进深度偏移成像效果，最终使共反射点道集同相轴拉平，成像得到改善[10]。

实际成像表明，采用井控速度建模及优化技术，对断裂下盘及中下组合构造主体成像改善明显，资料品质明显改善（图3）。

2.3 二维网格拟三维叠前深度偏移速度建场（1）建立统一的二维网格工区，把每条测线时间域道集、偏移剖面以及井数据统一加载。

（2）建立拟三维构造模型，保证在叠前深度偏移过程中不产生新的闭合差，需要对二维测线采取拟三维的处理方法进行处理，在全工区内建立统一的三维构造模型和三维层速度模型。

建立统一的时间域构造模型是通过在偏移剖面上拾取速度界面，并将拾取的层位建立成三维构造模型，在拾取过程中需要保证全工区所有测线每个交点时间域T0闭合。

图3 速度模型优化前（a）后（b）偏移成像效果对比（3）在统一的三维构造模型基础上，抽取每条单线层速度模型，将层速度进行三维网格化处理，转换成层速度平面图,每个交点位置用合理的平滑半径对其进行平滑，确保交点位置层速度闭合，得到统一的三维层速度模型。

再用三维层速度模型将时间域构造模型进行转深，得到统一的三维深度模型，这样保证了深度模型在各交点的闭合。

（4）在三维深度模型和层速度模型中抽取各单线深度模型和层速度模型进行叠前深度偏移，从而在保证精确成像的基础上，实现了二维数据叠前深度偏移层速度及层位闭合[11，12]。

3 效果及认识叠前深度偏移资料成像显著改善，进一步落实了独山子背斜构造样式及圈闭特征。

独山子背斜为一浅层断层传播褶皱及深层断层转折褶皱的复合叠加背斜。

中浅层受独山子断裂控制构造高陡，具备典型的断层传播褶皱特征；深层受独山子北断裂控制，构造相对宽缓，落实侏罗系圈闭面积132 km2，为钻探提供了有利目标，并可靠落实了圈闭高点位置（图4）。

后期钻井验证：侏罗系顶界深度偏移与实钻误差为27 m，表明可靠的速度模型构建是深度偏移成像的关键。

叠前深度偏移是解决准噶尔盆地南缘高陡构造成像的理想方法，但是它对速度模型的依赖性很强，要求建立能宏观反映地下速度变化的地质模型，即深度域的层速度模型。

因此叠前深度偏移成像主要工作是反复进行层速度分析与解释；第四系西域组高速砾石层分布范围及厚度变化对速度纵横向变化影响很大，只有通过建立区域层速度量板，消除高速砾岩对速度场影响，才能确定速度变化规律，从而消除浅层高速砾岩对中深层速度反演的累积误差，提高速度的精度。

在速度建模过程中还要充分利用井速度资料，通过测井速度约束地震速度，纵向上使地震层速度与钻测井速度趋势吻合；横向上保留地震速度低频趋势，建立反映空间相对变化关系的层速度场，作为深度偏移层速度模型。