南海西部深水區二維疊前地震成像方法應用研究＊

李 林 黃安敏 李添才 楊平華 李三福 陳劍鋒

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司研究院；2.中海油能源發展采技服公司鉆采院地球物理研究所）

南海西部深水區位于瓊東南盆地中央坳陷帶南部和珠江口盆地西部長昌凹陷及以南地區，第三系沉積巨厚，多凹多凸，地質結構復雜，多期構造疊加造成構造格局橫向變化大。該深水區水深變化大（300～3 000 m），東部為西沙海槽的西端，現今水深最大，向西水深逐漸變淺，總體呈東深西淺的變化趨勢；局部存在海底崎嶇隆起，坡折帶地層速度較復雜，且缺少鉆井資料，影響了對地層速度變化規律的認識。南海西部深水區地震資料以二維為主，中深層信噪比較低，諸多因素的影響使得時間域構造不能代表真實的地下構造形態，而常規時深轉換方法解決不了構造畸變的問題，需要開展二維深度域成像研究［1－6］。合理的速度模型是疊前深度偏移成像的關鍵，但目前常用的Dix公式直接轉換法、約束速度反演、相干速度反演法等建立初始速度模型的方法都存在著速度場不穩定、層間速度變化不合理等問題，因此須根據深水區地層速度變化規律，有針對性地建立初始速度模型，以獲得較好的二維疊前地震成像效果，從而為構建深水區層序地層格架、研究構造演化奠定良好基礎［7］。

1 南海西部深水區地層速度變化規律

南海西部深水區地震資料海底多次波和層間多次波較發育、信噪比低，影響到地震成像的真實性和可靠性。因此，在對南海西部深水區地震資料前置處理過程中，綜合應用了多項國內外先進的深水資料處理技術，如波動方程預測減去法（SRME）壓制近道海底多次波、LIFT去噪技術等［8］，提高了地震數據的信噪比和地震速度的分析精度。

利用Dix公式轉換得到的南海西部深水區地震速度譜呈2個分開的條帶且比較發散，經過水深校正后地震速度譜收斂聚焦且隨埋深增加呈現出明顯的遞增關系，在埋深2 000 m時地層速度變化范圍為2 600～3 400 m/s（圖1）。

深水區附近淺水區的鉆井資料分析結果1）顯示，新近系地層速度呈線性增加趨勢，古近系地層速度亦呈線性增加趨勢，但增加梯度明顯減小；三亞組二段存在約300 m厚的明顯低速欠壓實含粉砂質泥巖段，地層速度降低近10%；陵水組存在幾十米厚的高速含礫中—粗砂巖段。

水深對地層速度影響的分析結果2）表明，淺層段地層速度在深水區比淺水區要小：當水深為500～2 100 m時，淺層段地層速度隨水深增加而變小，如埋深1 000 m的地層，水深每增加100 m，其地層速度約降低10 m/s，且水深的影響隨地層深度的增加而變小；當水深為2 100～3 500 m時，淺層段地層速度隨水深增加而減小的幅度趨于平緩，有時甚至略有增大。綜合分析表明，地層速度主要受地層埋深和巖性影響［9］，但在南海西部深水區，水深也是一個重要影響因素。

圖1 南海西部深水區地震速度譜水深校正前后對比

2 采用速度趨勢法建立深水區初始速度模型

疊前深度偏移速度建模主要分兩大步：第一步建立較準確的初始速度－深度模型；第二步利用層析成像等技術反復迭代修正速度模型，直至求得最佳速度得到最佳偏移成像為止。

鑒于常規速度建模方法（如網格法、層控法）的局限性，根據南海西部深水區海相沉積地層具有近似連續介質的速度結構特點，采用速度趨勢法來求取初始速度。

2.1 深度域地質模型分析

依據南海西部深水區實際地震勘探尺度設計了深度域地質模型，為了研究在縱橫向地層速度變化和地層傾角變化條件下速度模型及其迭代更新對成像效果的影響，將模型設計為多楔狀體模型（圖2）。該模型寬12 km，深4 km；楔狀體角度分別為14、18、24、34、57、84°；各楔狀體速度設計為常速，速度從2 500 m/s至3 800 m/s不等，背景速度為2 000 m/s。

圖2 所設計的南海西部深水區深度域地質模型

正演模擬觀測系統參照海上單邊接收方式，采集電纜長度設計為4 000 m，道間距25 m，共160道。采用交錯網格高階有限差分波動方程正演模擬技術生成理論地震炮集數據。從圖3所示的不同條件下深度域成像結果可以看到，傾角小于34°的地層成像已較為準確。

圖3 不同條件下深度域成像結果

2.2 速度趨勢法建模

速度趨勢法建模的具體做法如下：①約束速度反演求取較高質量的層速度；②層速度水深校正；③利用多項式擬合法對整條測線進行速度趨勢面擬合；④反水深校正，得到初始層速度。南海西部深水區速度趨勢面擬合的結果反映了其速度差大多數在300 m/s左右，符合該區整體速度規律。

對比利用不同方法建立的層速度初始模型剖面（圖4）可以看出：網格法剖面速度層間突跳嚴重（圖4a）；層控法剖面速度橫向關系較好，但層內速度均質化嚴重（圖4b）；圖4c是用常規Dix公式法求得層速度后對其進行大尺度平滑的結果，雖然速度平滑但與構造不匹配；而速度趨勢法所得到的層速度，速度函數連續、平滑，并與構造相一致（圖4d）。

圖4 不同方法建立的層速度初始模型剖面對比

初始速度模型和深度模型往往是粗糙的，要得到精確的結果，就要綜合利用各種技術方法不斷調整、優化層速度模型，直至每一個共偏移距的成像結果一致為止，使之與地下地質情況最佳吻合。速度模型修正方法主要有層析成像技術［10－12］和偏移－剩余速度分析2種，目前第1種方法沿層的層析成像方法較成熟，但全局優化的層析成像算法軟件在實現上不夠完善，因此本文選用第2種方法，即在縱向上進行剩余速度拾取，在橫向上以地震層位作參考控制，通過3～5次迭代優化，最終得到速度剖面。與圖4d所示的初始速度對比，利用偏移－剩余速度分析方法最終得到的地層速度的縱橫向變化更為合理（圖5）。

圖5 利用偏移－剩余速度分析方法最終得到的深度－速度剖面

3 二維疊前深度偏移應用效果分析

如圖6所示，將淺水區A井點處疊前深度偏移時深關系與VSP時深關系進行對比，發現二者相差較小，如2.8 s處疊前深度偏移深度為3 910 m，VSP深度為4 100 m，二者相差僅190 m。由于二者的趨勢吻合較好，盡管沒有完全重疊，但這種地震深度與地質深度的系統差（差值由淺到深增大）經過系統校正后完全可以消除。同時，同一反射時間在深水區的對應深度比淺水區偏淺，即深水區地層速度比淺水區小（圖6），這也符合南海西部深水區地層速度隨海底深度（即水深）變化的規律。

從圖7可以看到，采用速度趨勢法得到的疊前深度偏移剖面避免了常規網格法對地層的扭曲，消除了海底崎嶇地貌對下伏地層的影響。另外，在深度域剖面上斷面、基底成像更加清晰，構造形態合理（圖8）。

圖8 南海西部深水區疊前時間剖面與疊前深度剖面對比

4 結束語

受崎嶇海底等影響，南海西部深水區地震射線傳播路徑復雜，照明強弱不均。疊前深度偏移等技術可以改進真正的共反射點偏移歸位問題，改善構造復雜、速度變化劇烈地區的偏移成像。合理的速度模型是疊前深度偏移成像的關鍵，通過正演模擬分析，應用速度趨勢法建立初始速度模型，經迭代優化，可以改善深水區斷層和中深層的成像。實際應用效果表明，對于目前南海西部深水區速度橫向變化大、海底變化較大、速度模型不合理導致的成像問題，速度趨勢法是一種有效可行的方法。而采用更合理的算法，求取更精確的速度模型，還有待今后深入研究。

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