高原雙復(fù)雜山地近地表建模技術(shù)研究

王海立，王永生，武威威，鄔 龍，張旭亮，3，李國(guó)順，楊 輝

（1.中國(guó)石油東方地球物理公司，河北 涿州 072750；2.中國(guó)石油青海油田公司，甘肅 敦煌 736202；3.河北省地震勘探數(shù)據(jù)采集技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 涿州 072750）

青藏高原石油天然氣資源豐富，是國(guó)內(nèi)油氣勘探的重要戰(zhàn)略儲(chǔ)備區(qū)。綜合研究表明，青藏高原雙復(fù)雜山地（復(fù)雜地表、復(fù)雜地下構(gòu)造）地區(qū)是尋找大型油氣圈閉的有利目標(biāo)區(qū)[1]，但受地表起伏劇烈和地層擠壓破碎的影響，雙復(fù)雜區(qū)資料信噪比極低，地震資料成像極為困難。為了解決復(fù)雜構(gòu)造成像需求，采用波動(dòng)方程的疊前深度偏移處理技術(shù)提高成像精度成為重要手段。疊前深度偏移處理技術(shù)需要建立由淺至深的高精度速度場(chǎng)，速度模型的精度直接影響地震偏移成像的質(zhì)量，尤其是近地表速度模型的精度更是關(guān)鍵。如果表層速度精度存在誤差，其誤差會(huì)向中深層累計(jì)傳遞，進(jìn)而影響整體速度模型的精度，對(duì)地質(zhì)目標(biāo)偏移成像、地質(zhì)構(gòu)造的可靠性產(chǎn)生不利影響。提高偏移成像質(zhì)量，加強(qiáng)表層建模研究，提高近地表建模精度，是地震勘探工作者的共識(shí)。陳學(xué)強(qiáng)等[2]通過(guò)正演模擬，分析了淺層厚度與速度對(duì)偏移成像的影響；王海立等[3]采用多信息約束建模提高了近地表速度建模精度，改善了偏移成像效果；谷延斌等[4]聯(lián)合應(yīng)用網(wǎng)格層析反演和壓縮高斯束偏移技術(shù)提高速度模型優(yōu)化的效率。這些研究均不同程度地闡述了近地表速度模型精度在疊前深度偏移處理中的重要作用，但存在沒(méi)有考慮地表?xiàng)l件、低降速層模型還是等效模型，與雙復(fù)雜地表?xiàng)l件不符等局限。本文在模型正演研究的基礎(chǔ)上，采用深表層調(diào)查技術(shù)獲取更深近地表速度信息，通過(guò)雙重網(wǎng)格構(gòu)建、分步約束層析反演提高了表層速度建模精度，取得了高質(zhì)量地震資料疊前深度偏移剖面。

1 研究方法

1.1 基于模型正演的速度誤差敏感性分析

為了揭示表層速度精度對(duì)疊前深度偏移成像的影響，參考柴達(dá)木盆地英雄嶺地區(qū)雙復(fù)雜山地地震資料特征和膏鹽地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立速度模型，如圖1所示。該模型長(zhǎng)度為36.5 km，表層厚度在100～500 m，速度為2 000 m/s；20 km左右為構(gòu)造主體，地形起伏相對(duì)劇烈，鹽下地層斷裂發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，地層速度在3 000～6 000 m/s。以10 m道距、20 m炮距，18 km排列長(zhǎng)度正演模擬。

人為改變表層模型速度，表層速度誤差分別在±5%、±10%、±20%時(shí)，采用理論地震速度模型進(jìn)行疊前深度偏移處理后，研究目的層成像變化特征。研究表明，構(gòu)造主體部位速度波場(chǎng)復(fù)雜，速度誤差會(huì)給偏移效果帶來(lái)更明顯的影響（構(gòu)造越復(fù)雜，影響越大），兩翼相對(duì)要弱，因此應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注構(gòu)造主體部位表層速度模型的構(gòu)建；速度偏小相對(duì)偏大的同比例誤差影響更明顯，因此表層速度誤差“寧大勿小”，總體看表層速度誤差超過(guò)10%對(duì)偏移成像影響大；表層速度誤差對(duì)淺層形態(tài)（成像影響相對(duì)小）及鹽下地層偏移成像影響更明顯，成像變差、出現(xiàn)高點(diǎn)偏移現(xiàn)象。隨著地層深度的增加，表層速度帶來(lái)的誤差會(huì)增加，20%的速度誤差造成的深度誤差在190 m左右（表1）。

表1 不同速度誤差鹽下地層深度差異統(tǒng)計(jì)表

1.2 微動(dòng)調(diào)查技術(shù)獲取速度信息

正演模擬揭示了表層速度誤差對(duì)山地復(fù)雜構(gòu)造主體深度偏移成像影響更為明顯，進(jìn)一步說(shuō)明了復(fù)雜山地區(qū)開(kāi)展精細(xì)速度建模的重要性。西部高原復(fù)雜山地一直以來(lái)采用微測(cè)井調(diào)查提高建模精度。但是，高原復(fù)雜山地微測(cè)井調(diào)查涉及推路、鉆井、人員、車輛設(shè)備運(yùn)輸及HSE等，效率低、成本高。在低降速帶巨厚，調(diào)查深度無(wú)法滿足建模要求。為了提高高原山地表層調(diào)查效率，采用微動(dòng)調(diào)查獲取更深表層速度信息[5]。微動(dòng)調(diào)查是在天然地震微動(dòng)信號(hào)中提取面波（瑞雷波）頻散曲線[6]，通過(guò)對(duì)頻散曲線的反演獲得地下介質(zhì)的速度結(jié)構(gòu)（圖2）。高原復(fù)雜山地微動(dòng)調(diào)查可以獲取近地表超過(guò)200 m以上深度的速度信息，相比常規(guī)微測(cè)井調(diào)查深度更深，效率高、成本更低。

1.3 分步約束雙重網(wǎng)格反演建模技術(shù)

常規(guī)層析約束反演面臨以下問(wèn)題[7]：一是受道距影響，表層速度精度不高，速度反演結(jié)果偏大；二是高原地形起伏劇烈、低降速帶巨厚，受施工環(huán)境、成本投入等方面的綜合影響，微測(cè)井實(shí)際探測(cè)深度深淺不一、參差不齊[8]。巨厚工區(qū)可能存在大部分沒(méi)有調(diào)查出低降速帶厚度的調(diào)查點(diǎn)，表層約束僅僅是約束了較薄的速度變化，相對(duì)深的部位“欠約束”引起的反演誤差較大；同時(shí)，深淺不一、深度差異較大的表層調(diào)查成果約束反演時(shí)互相影響，如微動(dòng)調(diào)查成果與較淺的微測(cè)井，容易形成速度異常區(qū)，給速度模型帶來(lái)不利影響。針對(duì)上述難題，采用分步約束雙重網(wǎng)格反演建模技術(shù)構(gòu)建高精度表層模型。

（1）雙重網(wǎng)格層析反演。大網(wǎng)格射線分布相對(duì)均勻，但是缺乏對(duì)小尺度速度變化的描述，影響精度（特別是淺地表處）。網(wǎng)格尺寸較小（小于一個(gè)道距）時(shí)，由于雙復(fù)雜山地射線分布不均勻?qū)е麓罅烤W(wǎng)格沒(méi)有射線穿過(guò)（特別是淺地表處），反演模型存在明顯的條帶狀現(xiàn)象，影響模型的合理性和最終應(yīng)用效果。因此，在層析反演建模時(shí)正演網(wǎng)格采用小網(wǎng)格（0.5～1倍道距）、反演采用大網(wǎng)格（2～4倍道距），在保證反演穩(wěn)定性的同時(shí)，對(duì)淺層速度刻畫更為精細(xì)，提高了淺層速度精度。

（2）先淺后深、分步約束。將不同調(diào)查深度表層調(diào)查信息與偏移距初至融合，發(fā)揮高密度初至優(yōu)勢(shì)[9]，實(shí)現(xiàn)不同深度表層信息的充分利用，避免大偏移距初至信息對(duì)淺層模型的均化影響。第一步，針對(duì)調(diào)查深度小于100 m的表層調(diào)查信息（常規(guī)微測(cè)井調(diào)查信息），采用較近偏移距（500 m）初至，進(jìn)行約束反演獲取淺層模型；第二步，保持第一步淺層模型基本不變，針對(duì)調(diào)查深度在100～200 m的表層調(diào)查信息（如深井微測(cè)井、微動(dòng)信息），采用近偏移距（800 m）初至，進(jìn)行約束反演獲取表層模型；第三步，保持前兩步模型不變基礎(chǔ)上，加入CMP分層控制點(diǎn)，采用全偏移距，進(jìn)行層析反演獲取最終表層模型，改善疊前深度偏移效果（圖3）。

2 結(jié)束語(yǔ)

正演模擬揭示了準(zhǔn)確的表層速度模型對(duì)西部高原雙復(fù)雜山地疊前深度偏移成像的重要性。通過(guò)微動(dòng)調(diào)查獲取更深表層速度信息，解決了常規(guī)微測(cè)井探測(cè)深度不足、成本高昂的問(wèn)題；在此基礎(chǔ)上，采用分步約束雙重網(wǎng)格反演建模技術(shù)，提高了近地表速度模型精度，最終得到高質(zhì)量的疊前深度偏移成像結(jié)果。