高精度剩余速度分析研究

邢 興，趙勇剛，趙永峰

（中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院，天津 300280）

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高精度剩余速度分析研究

邢 興，趙勇剛，趙永峰

（中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院，天津 300280）

摘 要：針對常規(guī)速度分析掃描速度范圍大、精度低的缺點，采用高精度剩余速度分析方法，掃描所有地震CDP數(shù)據(jù)剩余時差，自動拾取精確的疊加速度，形成二維的疊加速度剖面。然而自動拾取會導(dǎo)致速度異常，進而利用局部回歸法三維插值算法剔除拾取的異常速度，得到平滑的速度場。該方法提取的速度更加精確，使地震處理中水平疊加、偏移處理達到更好的效果。

關(guān)鍵詞：速度分析；局部回歸法；動校正

地震勘探在油氣勘探中起著舉足輕重的作用，它通過研究彈性波在地下的傳播來研究地殼的地質(zhì)結(jié)構(gòu)［1］。多次疊加技術(shù)出現(xiàn)在上世紀60年代，是地震數(shù)據(jù)處理中的必要環(huán)節(jié)。速度是地震勘探的重要參數(shù)，專業(yè)技術(shù)人員非常重視對速度的研究，速度分析的主要目的是為疊加、偏移歸位等處理提供準確的速度參數(shù)。

速度對地震數(shù)據(jù)處理解釋都起著很大的作用，因此人們?yōu)榱双@得該參數(shù)采用了許多方法，疊加速度分析就是其中之一，利用該方法得到疊加速度譜并拾取比較準確的速度，通過疊加速度還可以計算層速度，為地層對比、巖性識別、油氣檢測提供資料和新途徑［2-3］。在國內(nèi)郭樹祥、付強等人提出了各種優(yōu)化的速度分析方法［4-5］，效果也不錯。本文采用高精度剩余速度分析也是疊加速度分析的一種，該方法能夠提高速度分析的精度。

1 理論基礎(chǔ)

剩余速度分析首先要進行常規(guī)的速度分析，然后通過剩余時差公式掃描更加精確的疊加速度［6-8］。各向同性地層是一理論模型，在同層介質(zhì)中假設(shè)地震波傳播速度會跟隨傳播方向的改變而變化。各向同性地層在零偏移距時間t，偏移距x為樣點處的剩余時差公式如下：

式中：τ為剩余時差，t為自激自收時間，V為實際速度，Vref為參考速度，x為偏移距。

針對地震數(shù)據(jù)的一個CDP（共深度點道集），首先利用Vref進行常規(guī)動校正，由以上公式可知參考速度與真實速度的差異將導(dǎo)致產(chǎn)生剩余時差，通過公式（1）掃描剩余時差并進行疊加處理［9-10］，最后根據(jù)疊加效果求得更準確的疊加速度V。

2 剩余速度分析方法研究與實現(xiàn)

利用剩余速度分析處理模型數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)并進行對比分析。

2.1 理論模型試驗

通過地震軟件SU合成了三層模型地震記錄，并對它進行了剩余速度分析。正演模型參數(shù)見表1。

表1 三層模型參數(shù)

利用Dix公式求得準確的均方根速度：V1= 1 508 m/s，V2= 1 740 m/s。

下面對一個滿覆蓋的CDP進行處理，結(jié)果如圖1。

圖1 理論模型的剩余速度分析

圖1a為一原始CDP道集，地震反射波同相軸成雙曲線形，第一個反射界面位于680采樣點附近，第二個反射界面位于1 170采樣點附近。圖1b是利用參考速度進行傳統(tǒng)動校正的結(jié)果，由于參考速度低于模型真實速度，動校過大。圖1c是采用剩余時差（-20 ～ 4 ms）進行速度掃描繪制的相似譜，通過最大的相似能量值對應(yīng)的時差求取疊加速度，并與理論均方根速度相比較：第一層1 515 m/s，絕對誤差1 515 - 1 508 = 7 m/s，第二層1 776 m/s，絕對誤差1 776 - 1 740 = 36 m/s，可見淺層分辨率比深層的高。圖1d是利用剩余速度分析得到的疊加速度再次進行動校正的結(jié)果，可見同向軸基本校平，效果明顯改善。

2.2 實際數(shù)據(jù)試驗

我們優(yōu)選了一套實際數(shù)據(jù)進行試驗，實際數(shù)據(jù)見表2。

表2 實際數(shù)據(jù)

圖2a、圖2b中可見，經(jīng)傳統(tǒng)動校正后，同相軸基本拉平了，但是還有一些時移量，需要進行剩余速度分析，得到更加精確的速度。經(jīng)過剩余速度分析產(chǎn)生速度譜（圖2c），可見剩余時差主要集中在負時差范圍，可以看出參考速度比實際的速度低，通過相關(guān)值提取精確的疊加速度。圖2d為利用新提取的疊加速度校正的結(jié)果，同相軸校平效果明顯改善。

圖2 實際數(shù)據(jù)的剩余動校正

2.3 局部回歸法三維插值研究

剩余速度分析首先掃描一個CDP地震數(shù)據(jù)，并對整個CDP數(shù)據(jù)進行處理，處理速度比常規(guī)速度分析快，但是由于地震數(shù)據(jù)的分辨率、噪音等影響，自動拾取速度會導(dǎo)致各CDP之間產(chǎn)生不合理的不連續(xù)性，這樣就不能合理地反映地下的地質(zhì)構(gòu)造。為了消除拾取的誤差，本文采用局部回歸法［6］進行插值運算，這樣就得到了平滑的速度場。

2.3.1 局部回歸法三維插值原理

首先定義一個平滑函數(shù)g（x），h =（x，y，z），并估計各個拾取點hi=（xi，yi，zi）的值di，然后建立模型公式如下：

式中：g （ hi）是di（ hi）的估計值，hi為拾取點坐標，并假設(shè)εi的平均值為0。

接著利用線性或二次多項式函數(shù)構(gòu)建函數(shù)g（h），并通過最小二乘法建立函數(shù)如下：

并設(shè)定改函數(shù)的權(quán)重函數(shù)當0≤ui= ri/ rN≤1時，

否則：wi= 0

在εi較大時，利用最小二乘法處理錯誤的拾取效果不好，因此引入一種迭代算法，構(gòu)建一個加權(quán)函數(shù)為：

其中定義函數(shù)B如下所示：

在實際處理中用Wi與wi相乘，并重復(fù)上述步驟進行迭代運算，根據(jù)實際的效果確定迭代的次數(shù)，最終得到系數(shù)p并計算出平滑的速度場。

2.3.2 實際數(shù)據(jù)處理驗證

下面利用局部回歸法處理剩余速度分析所得到原始速度場，并通過效果對比選擇以下參數(shù)：N = 16，確定最大半徑r =2，迭代次數(shù)n=3，處理效果如圖3所示。

圖3 原始速度剖面與回歸法處理后剖面對比

由圖3a可見自動拾取的速度的連續(xù)性不好，尤其在深部這種現(xiàn)象更加明顯。經(jīng)過局部回歸插值法的處理后有很大改善。由圖3b中可見速度明顯平滑許多，達到了預(yù)期的效果。

3 結(jié)論

通過高精度剩余速度分析與常規(guī)疊加速度分析相比，可以得出以下結(jié)論：

（1）速度快：高精度剩余速度分析掃描速度范圍小，針對性強，掃描速度比常規(guī)速度分析快。

（2）精度高：高精度剩余速度分析是在給定參考速度的基礎(chǔ)上掃描剩余時差，掃描更加細致，精度更高。

（3）分辨率高：高精度剩余速度分析針對深層比淺層分辨率低的情況，采用隨深度增加掃描速度間隔增大的動態(tài)掃描過程，這樣掃描更具針對性，分辨率也更高。

高精度速度分析為動校正、偏移處理等提供準確的速度資料，更有利于以后的地震地質(zhì)解釋。

參考文獻：

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［10］孫祥，娥詹毅，鐘本善.雙參數(shù)速度掃描方法研究［J］.石油天然氣學(xué)報，2006，28（6）：631-675.

中圖分類號：P631.4+43

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.02.037

文章編號：1008-2336（2016）02-0037-04

收稿日期：2016-01-08；改回日期：2016-03-15

第一作者簡介：邢興，男，1983年生，工程師，2009年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，主要從事地球物理方面的研究工作。E-mail：zyghebei@126.com。

Analysis of Residual Velocity with High Accuracy

XING Xing， ZHAO Yonggang， ZHAO Yongfeng
（Exploration and Development Research Institute of Dagang Oilfield， CNPC， Tianjin 300280， China）

Abstract：In order to overcome the shortcoming of low accuracy and wide scanning speed range existed in the conventional velocity analysis， the high accuracy velocity analysis has been used to scan the residual moveout of all seismic CDP data to pick up automatically the accurate stacking velocity and get a 2D velocity profle. Automatic picking， however， might result in abnormal velocity. 3D interpolation with local regression method is used to eliminate the abnormal velocity and then obtain a smooth velocity feld. This method can get more accurate velocity， and improve the effect of horizontal stacking and migration processing.

Keywords：velocity analysis； local regression method； dynamic correction