高密度速度分析方法在水合物無(wú)井約束波阻抗反演中的應(yīng)用研究

徐云霞， 張寶金， 文鵬飛

(1.國(guó)土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州　510075；2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣州　510760)

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高密度速度分析方法在水合物無(wú)井約束波阻抗反演中的應(yīng)用研究

徐云霞1,2， 張寶金1,2， 文鵬飛1,2

(1.國(guó)土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州510075；2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣州510760)

波阻抗反演對(duì)水合物識(shí)別具有一定的輔助意義。由于地震波形數(shù)據(jù)缺少低頻信息，在地震數(shù)據(jù)波阻抗反演時(shí)，一般要利用測(cè)井信息提供低頻約束，但在我國(guó)南海水合物調(diào)查中，由于測(cè)井資料少，使得基于模型的波阻抗反演方法受到一定的限制。常用的無(wú)井約束波阻抗反演方法采用層速度建立初始模型，但常規(guī)速度分析方法密度低、精度不高，導(dǎo)致補(bǔ)償?shù)牡皖l信息成分不豐富。針對(duì)這一限制，這里提出利用高密度速度分析方法獲得層速度建立初始模型，該方法利用疊前時(shí)間偏移數(shù)據(jù)，對(duì)空間上的每一道，時(shí)間上每一個(gè)樣點(diǎn)都進(jìn)行分析，盡可能利用了數(shù)據(jù)的走時(shí)，能為阻抗反演提供低頻成分更豐富、分辨率更高的初始模型。實(shí)際資料處理結(jié)果表明，該方法所得到的波阻抗反演結(jié)果與水合物特征對(duì)應(yīng)良好，能取得良好的反演結(jié)果。

波阻抗反演; 無(wú)井約束; 高密度速度分析

0　引言

對(duì)南海水合物的調(diào)查研究自上世紀(jì)九十年代起已持續(xù)多年，而波阻抗反演方法對(duì)水合物賦存帶的識(shí)別具有一定的輔助意義。波阻抗反演，是利用地震資料反演地層波阻抗(或速度)的地震特殊處理解釋技術(shù)[1]，低頻成分的構(gòu)建是波阻抗反演中極為重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。通常在有井地區(qū)，以井為控制點(diǎn)采用聲波測(cè)井資料出低頻趨勢(shì)，構(gòu)建低頻模型，井點(diǎn)以外采用外推或內(nèi)插的方式獲得低頻模型[2]。但在南海，很多水合物調(diào)查工區(qū)或鄰近工區(qū)均沒(méi)有測(cè)井資料，這時(shí)如何構(gòu)建低頻成分就成為一個(gè)難題。馬勁風(fēng)等[3]根據(jù)地震資料本身的疊加速度，通過(guò)DIX公式轉(zhuǎn)為層速度，以此建立初始模型；楊瑞召等[4]利用層速度建模方法運(yùn)用于水合物調(diào)查中。按常規(guī)速度分析得到的疊加速度導(dǎo)出的低頻趨勢(shì)，由于在常規(guī)速度分析中，通常采用隔500 m或1 km分析一個(gè)速度譜，這種速度分析方法受到時(shí)間和空間上分析密度低、精度不高的限制[5]，導(dǎo)致補(bǔ)償?shù)牡皖l成分不豐富，使得反演結(jié)果補(bǔ)償?shù)牡皖l成分和實(shí)際地震數(shù)據(jù)的頻譜之間存在一定的空白帶。常規(guī)速度分析方法建立的低頻模型不能保證獲得的反演結(jié)果是全頻帶的。

鑒于常規(guī)速度分析分辨率和精度的限制，作者提出采用高密度速度分析的方法獲得層速度模型，構(gòu)建低頻分量。該方法是常規(guī)速度分析的一種極限方法，能夠細(xì)化到空間上每一道、時(shí)間上每一個(gè)樣點(diǎn)均能夠進(jìn)行速度分析，這種方法得到的速度分析結(jié)果，能極大地提高速度分析的精度，得到分辨率更高的初始速度模型，為無(wú)井反演提供精度更高的初始模型。

1　高密度速度分析建立初始模型方法

目前高密度速度分析方法發(fā)展迅猛，siliqi等[6]提出一種非橢圓參數(shù)的方法用于估算速度和各項(xiàng)異性來(lái)拾取高精度的速度[6]，使道集的遠(yuǎn)偏移距也能拉平，提高資料的成像精度[7]。這里的高密度速度分析方法主要用于水合物無(wú)井約束波阻抗反演中，由于水合物沉積范圍較淺，各項(xiàng)異性對(duì)其影響相對(duì)較小，因此，這里僅利用高密度速度分析，不考慮各向異性的方法進(jìn)行高精度的速度拾取。

1.1高密度速度譜制作

在常規(guī)速度譜制作中，假設(shè)共中心點(diǎn)道集中有N個(gè)地震道，炮檢距分別為xi(i=1,2,…,N)，則第n道的炮檢距的正常時(shí)差為

(1)

其中:t0為零炮檢距的雙程反射時(shí)間;vnmo為動(dòng)校正速度;xn為第n道的炮檢距。則動(dòng)校正速度vnmo為式(2)。

(2)

利用速度掃描，運(yùn)用式(3)進(jìn)行能量統(tǒng)計(jì)得到速度譜

(3)

影響速度分析精度的主要參數(shù)為：①速度采樣率即速度掃描間隔；②進(jìn)行能量統(tǒng)計(jì)的時(shí)窗；③水平方向處理間隔[8]。在進(jìn)行常規(guī)速度分析時(shí)，通常采用的掃描間隔為24 ms，計(jì)算時(shí)窗為8 ms～16 ms，水平方向分析間隔通常為1 km，在進(jìn)行水合物常規(guī)分析中采用的精度要比其他資料高，因此常采用水平方向間隔為0.5 km的分析參數(shù)。這種速度分析方法得到的速度譜在橫向和縱向分辨率上能滿足成像要求，但對(duì)反演建模來(lái)說(shuō)精度不夠。因此，作者提出高密度速度分析方法所采用的速度譜制作參數(shù)：速度掃描間隔為1 m/s，計(jì)算時(shí)窗為1 ms，以及橫向上每個(gè)CDP均進(jìn)行譜計(jì)算，得到高密度的速度譜，提高了速度的橫向及縱向分辨率。

1.2自動(dòng)拾取

最簡(jiǎn)單的自動(dòng)拾取方法是以能量的極大值檢測(cè)疊加速度，但僅根據(jù)一個(gè)極值進(jìn)行判斷有時(shí)可靠性差，因此采用一種加權(quán)平均法進(jìn)行拾取[9]。

1)對(duì)能量值進(jìn)行處理。

i=1,2,…,N

(4)

2)利用式(5)計(jì)算疊加速度。

(5)

其中：vr(t0)為自動(dòng)拾取的疊加速度；vi(t0)為對(duì)應(yīng)于能量Ei(t0)的速度值，即拾取的速度值。

1.3層速度計(jì)算方法

層速度一般通過(guò)dix公式將均方根速度進(jìn)行轉(zhuǎn)化而得到[10]。為了得到高分辨率的層速度資料對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行界面化處理，挑選出主要的層位，提高對(duì)層位的分辨能力，在此基礎(chǔ)上，用公式(6)將均方根速度vr轉(zhuǎn)化為層速度。

(6)

層速度由均方根速度轉(zhuǎn)化得來(lái)，在自動(dòng)拾取均方根速度時(shí)可能存在一定的隨機(jī)干擾的影響，為了消除這種隨機(jī)干擾對(duì)層速度的影響，對(duì)層速度進(jìn)行二維中值濾波，做平滑處理，得到最終的層速度。

1.4建立初始模型

在得到層速度的基礎(chǔ)上，對(duì)該層速度進(jìn)行低通濾波，得到低頻背景模型作為波阻抗反演的初始模型。

圖1為通過(guò)高密度速度分析方法獲得波阻抗反演初始模型的流程圖。

圖1　高密度速度建模流程圖Fig.1　The flow of building model by high density velocity analysis

2　反演方法選擇

常用的模型約束下反演方法有廣義線性反演、稀疏脈沖反演等方法[11-12]。其中廣義線性反演具有操作簡(jiǎn)單，反演結(jié)果相對(duì)分辨率較高的特點(diǎn)，但其模型抗噪能力差，模型處理能力較差，因此選用稀疏脈沖反演算法。該方法不僅具有一般遞推反演方法的特點(diǎn),即反演結(jié)果較忠實(shí)于地震資料,能反映儲(chǔ)層的橫向變化，而且在迭代過(guò)程中由于引入低頻背景成分,一定程度拓寬了反演頻帶，且該方法對(duì)初始模型依賴較小,反演結(jié)果的唯一性較好,不易出現(xiàn)假象，如果合理選擇反演參數(shù)和波阻抗趨勢(shì)及約束,最終可以得到合理波阻抗結(jié)果[13]。

總的來(lái)說(shuō),因?yàn)榧s束稀疏脈沖反演是以地震道為主的反演方法,反演結(jié)果的分辨率、信噪比以及可靠程度主要依賴于地震資料本身的品質(zhì)，地震噪音對(duì)反演結(jié)果敏感，影響大,因此對(duì)輸入地震數(shù)據(jù)需要進(jìn)行良好地去噪，提高分辨率以及偏移成像處理。

3　應(yīng)用效果分析

選用南海含水合物地震測(cè)線做無(wú)井約束波阻抗反演試算。試算測(cè)線水合物地層處于陸坡區(qū)，海水深度相對(duì)較深，大概在600 m～1 300 m之間，地勢(shì)多不平坦。如圖2所示，為該測(cè)線的偏移疊加數(shù)據(jù)，天然氣水合物主要是基于海洋地震反射剖面中明顯的似海底反射層BSR進(jìn)行推測(cè)，即存在圖2中單道顯示的具有與海底能量相似，極性相反的特征；同時(shí)BSR之上的振幅空白帶也為水合物的解釋提供一定的依據(jù)，紅線圈內(nèi)即為可能的水合物賦存區(qū)。作為反演的輸入數(shù)據(jù)，從圖2中的頻譜分析結(jié)果(圖2中左下角頻譜圖)也能得出，該疊加數(shù)據(jù)缺少15 Hz以下低頻信息。

圖2　含水合物測(cè)線偏移疊加剖面Fig.2　The pstm stack section of cont hydrate line

作者提出采用高密度速度分析方法獲得層速度場(chǎng)，建立低頻模型，以補(bǔ)償?shù)卣饠?shù)據(jù)中缺失的頻率成分。為了能更直觀地對(duì)比出高密度速度分析相對(duì)常用的常規(guī)速度分析在低頻模型建立上的優(yōu)勢(shì)，將常規(guī)速度分析方法得到的層速度剖面(圖3(a))與作者提出的高密度速度分析方法得到的層速度剖面(圖3(c))進(jìn)行對(duì)比，可以看出，常規(guī)速度所得到的層速度剖面成層性較好，但相對(duì)高密度速度分析得到的層速度剖面而言對(duì)細(xì)節(jié)刻畫較差；從圖3(b)、圖3(d)以及圖3(e)的頻帶對(duì)比中也能看出，常規(guī)速度得到的層速度剖面對(duì)應(yīng)的頻率主要在7 Hz以下，而高密度速度分析方法得到的層速度頻帶范圍主要在13 Hz以下，所刻畫的的低頻成分頻帶范圍更寬，剛好補(bǔ)償了地震數(shù)據(jù)缺失的低頻成分。

圖4為兩種方法所得層速度剖面與地震數(shù)據(jù)疊合顯示對(duì)比圖，重點(diǎn)對(duì)比可能的水合物賦存區(qū)。常規(guī)層速度只能反映大套的層速度信息，對(duì)局部地區(qū)的層速度變化刻畫不明顯，比如不能很好刻畫出BSR的層速度反轉(zhuǎn)特征；而高密度層速度在大套地層上與地震資料的構(gòu)造形態(tài)吻合較好的同時(shí)，也能良好地反映局部速度的變化情況(BSR為高速與低速的分界面這一現(xiàn)象清晰可見(jiàn)，與實(shí)際地震資料對(duì)應(yīng)良好)。這說(shuō)明運(yùn)用高密度速度分析方法得到的層速度剖面，具有較高的分辨率。

圖3　常規(guī)速度模型與高密度速度模型對(duì)比圖Fig.3　The comparison of normal velocity model and high density velocity model(a)為常規(guī)速度分析得到的層速度;(b)為其對(duì)應(yīng)的頻譜;(c)為高密度速度分析得到的層速度;(d)為其對(duì)應(yīng)的頻譜;(e)為a、b對(duì)應(yīng)的頻譜對(duì)比

圖4　常規(guī)層速度與高密度層速度與剖面的疊合顯示對(duì)比圖Fig.4　The comparison of normal interval velocity and high density interval velocity overlap with stack section(a)常規(guī)層速度；(b)高密度層速度

綜合分析圖3、圖4的結(jié)果說(shuō)明，作者提出的高密度速度分析方法能提供低頻成分更加豐富、分辨率更高的初始速度模型。

圖5為波阻抗反演結(jié)果。反演結(jié)果能很清楚地反應(yīng)一些薄層的強(qiáng)阻抗特征，對(duì)薄層的刻畫清晰可見(jiàn)；同時(shí)，在對(duì)應(yīng)的水合物部分，BSR之上為高阻，之下為低阻，這一特征在反演結(jié)果上得到了良好地體現(xiàn)。圖6為該反演結(jié)果對(duì)應(yīng)的頻譜圖，由圖6可知，反演結(jié)果高、中、低頻的頻率成分銜接良好，沒(méi)有頻率缺失的現(xiàn)象，反演結(jié)果頻率成分豐富。 圖7為反演結(jié)果與輸入剖面的疊合顯示。阻抗反演結(jié)果在橫向上所反映的構(gòu)造特征與地震資料對(duì)應(yīng)良好；縱向上對(duì)資料的細(xì)節(jié)特征刻畫清晰，能直觀地反映橫向上與縱向上的阻抗變化情況。同時(shí)，水合物的BSR特征刻畫明顯，BSR之上由于水合物的膠結(jié)狀態(tài)，使得速度和密度升高而表現(xiàn)為高阻抗特征，之下由于游離氣的存在使得密度和速度降低而表現(xiàn)為低阻抗特征，BSR為高阻抗與低阻抗的分界面這一地質(zhì)現(xiàn)象得到清晰反應(yīng)，為水合物及其物源特征的研究提供一定依據(jù)。

圖5　波阻抗結(jié)果Fig.5　The result of impedance

圖6　阻抗反演結(jié)果頻譜Fig.6　The amplitude of the impedance result

圖7　疊加剖面與阻抗反演疊合顯示圖Fig.7　The overlap of stack section 　and impedance section

4　結(jié)論

1)作者提出的利用高密度速度分析方法由于在速度分析時(shí)能細(xì)化到時(shí)間上每一個(gè)樣點(diǎn)、空間上每一道，能提供低頻成分更加豐富、分辨率更高的初始模型。

2)通過(guò)選用實(shí)際的南海陸坡區(qū)含天然氣水合物地震測(cè)線試算，能得到高、中、低頻融合較好的頻率成分豐富的波阻抗結(jié)果。

3)反演結(jié)果在橫向與縱向的精度上不但能滿足對(duì)大套地層的阻抗特征進(jìn)行分析，還能對(duì)一些細(xì)節(jié)的薄層特征進(jìn)行刻畫(如薄的強(qiáng)阻抗特征以及BSR響應(yīng)特征等)，能對(duì)水合物賦存的研究提供一定依據(jù)。

4)通過(guò)實(shí)際運(yùn)算，驗(yàn)證了高密度速度分析方法在無(wú)井天然氣水合物波阻抗反演中具有可行性。

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The application research of high density velocity analysis in hydrate impedance inversion without log constrain

XU Yun-xia1,2, ZHANG Bao-jin1,2, WEN Peng-fei1,2

(1.Key Laboratory of Mineral Resources, Ministry of Land and Resources, Guangzhou510075, China；2 Guangzhou Marine Geology survey, Guangzhou510760,China)

The impedance inversion has accessorial sense. Due to lack of low frequency information, the impedance inversion need log data to offer low frequency constrain. But in hydrate survey in south China Sea, the application of impedance inversion method which based on model is get limited because of scarcity log data. Usually the no log inversion use layer velocity to build the initialize model, but because of normal velocity analysis method low density and low precision lead the compensate low frequency information not abundance. This article advance high density velocity analysis method to get layer velocity use this velocity to build initialize model, high density velocity analysis method try to use best of the data's time information to analysis every channel every sample's velocity. We can get more abundant low frequency, high resolution initialize mode by this method. Use this method in hydrate no log restriction impedance inversion, by practice, can get well inversion result.

impedance inversion; no log restriction; high density velocity analysis

2015-06-03改回日期：2015-07-22

國(guó)土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(GZH201200307)

徐云霞(1985-)，女，碩士，工程師，主要從事海洋地震資料處理及反演工作，E-mail：xuyx2013@126.com。

1001-1749(2016)04-0540-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.04.16