0.   引言

长期以来由于海上井网稀疏，井控不足，对速度的横向变化趋势把握不够，研究者通常认为渤海海域新近系发育的低幅构造的地层层速度横向变化不大，因此通常采用常速时深转换方法^[1-4]。但随着勘探程度的不断加深，经大量实钻井验证，地下介质非均质性所导致的速度横向变化问题不可忽略，区域内低幅构造的特点与时深转换精度有较大的关系，对常速时深转换的准确性提出了较大挑战。因此，在研究区内开展横向速度异常识别，针对性改善时深转换工作的方式显得尤为重要。

前人在该问题的研究上已经取得了丰硕的成果，这些方法在速度异常的识别方面发挥了巨大的作用。蔡少武等^[5]利用地震叠加速度谱建模，通过井点速度场、趋势种子点进行校正，获取到相对准确的地下介质速度，与已钻井速度进行对比识别速度异常。该方法引入井点速度校正地震叠加速度场，与原始叠加速度场相比精度有所提高，但是有限的井点信息对于叠加速度场精度的提高来说是不够的。左中航等^[6]利用叠加速度拟合正常压实速度背景，并将其与实测叠加速度进行取差，获得叠加速度差值体，结合等时切片和剖面分析速度异常。彭刚等^[7]利用地震平均速度拟合正常压实平均速度背景，并将其与实测地震平均速度取差，获得平均速度差值体，进而沿层提取平面属性进行分析。这两种方法均利用去压实原理识别速度异常，其识别精度进一步得到提高，但是叠加速度与平均速度无法反应地层的真实速度，初始速度精度不够，并且以整个地震速度数据体拟合不同地质时期地层的速度-时间关系显然不够准确。

本文针对现有速度异常识别结果精度不够的问题，开展横向速度异常识别研究，经过对原有方法的改进，建立了基于精细迭代建模的速度异常识别方法流程，以期达到准确识别横向速度异常的范围和幅度的目的，从而提高时深转换精度，实际资料的应用结果表明，该方法取得了预期效果。

1.   原理

为了准确地识别出工区内的速度异常分布范围和大小，本文在继承前人研究成果的基础上，建立基于精细迭代建模的速度异常识别技术，其主要包括2个方面的内容：基于约束Dix速度反演和AVO校正准则的高精度剩余速度分析，以及基于去压实原理的速度异常识别技术，前者为后者提供了更新后的高精度地层速度，技术流程如图 1所示。本方法主要进行了以下改进：①改用地震层速度表征地层速度；②利用约束速度反演和基于AVO校正准则的剩余速度分析迭代更新地震层速度，精度更高；③采用地震均方根属性^[8-9]剔除劣质地震资料范围作为质控手段，以保证基础资料的可靠性；④以地层为单位开展区域横向速度异常识别的研究，具有更直接的地质观念。

图  1  基于精细迭代建模的速度异常识别技术流程:(a)高精度剩余速度分析(b)沿层速度异常分析

Figure  1.  The technique flow chart for anomaly velocity identification based on fine iterative modeling: (a) high-precision residual velocity analysis;(b) anomaly velocity analysis along layers

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.1   基于约束Dix速度反演和AVO校正准则的高精度剩余速度分析

高精度的剩余速度分析需要解决3个难题，一是如何获取高质量的初始层速度，二是如何利用剩余速度有效地更新初始层速度，三是如何求取相对准确的剩余速度(时差)。

约束Dix速度反演技术可以有效地解决第1个问题。通常，初始层速度利用Dix公式计算获得，但是，Dix公式及其改进公式反演求取的层速度误差传递放大严重，局部异常噪音明显。而由Zvi Koren和Ioren^[10]提出的约束Dix速度反演可将时空域内稀疏且不规则采样的叠加速度函数转换为规则的有精细地质条件约束的层速度，亦适用于均方根速度函数转换为层速度，产生的层速度受趋势速度的约束，符合地质学的速度变化规律，同时允许局部异常存在，加快了速度的收敛和模型的建立。约束Dix速度反演技术^[11]主要包括建立一个全局的速度趋势模型，应用约束反演和优化速度场3个步骤，在空间和时间上产生规则优质的层速度网格。同时，该技术也可以利用剩余速度更新初始层速度获得高质量的更新层速度，有效解决第2个问题。

前人通过分析微小叠加速度误差与AVO特性的关系，致力于攻克第3个问题^[12-15]。

在AVO分析中，Swan^[12]将振幅随角度的变化简化成两项式：

式中:S为振幅;

A为截距, 代表在零偏移距处相应的振幅;

B为梯度.

Spratt^[15]指出：在AVO分析中，小的叠加速度误差对叠加剖面影响很小，但是对于A和B的影响要远大于流体本身对AVO的贡献。考虑有少量剩余时差Δt情况下，其随偏移距x变化为：

将上式进行截断的麦克劳伦近似, 且当剩余速度ΔV趋向零时:

其中$\[\theta = {\tan ^{ - 1}}(\frac{x}{{Vto}})\]$

假设ΔV/V在时间域上的变化远小于振幅随时间变化的速度, 根据Spratt的研究忽略流体AVO响应, 振幅S与截距A近似相等, 则Swan经过推导, 由道集不平导致的AVO梯度假象由复变函数可表示为:

式中显示由速度误差引起的梯度B与截距项正交, 故得:

由于截距和梯度项在盐水饱和的碎屑岩层序中共线, 故推导得:

上式在道集中应用，<>代表分析时窗内所有采样的结果平均值，通过迭代计算使得ΔV趋于0。

此外，本文在处理流程中添加了针对目的层的带通滤波、合理去噪、时空窗内振幅增益优化道集等处理，以确保获得更高精度、更加符合地质规律的层速度^[16-19]。

图 2是基于约束Dix速度反演和AVO校正准则的高精度剩余速度分析更新前、后地震层速度与已钻井曲线低通滤波速度的结果对比。由地震偏移速度经过约束Dix速度反演获得的初始地震层速度在更新前只能反映地层速度的纵向整体趋势，而经过高精度剩余速度分析更新后的速度，不但保持了正确的地层速度趋势，而且还具备了相对高频的细节，能更好的反映小尺度地质体，其精度相对于更新前震偏移速度显著提高。

图  2  已钻井低通滤波速度

Figure  2.  Low-pass filtering velocity in a drilled well

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图 3是基于约束Dix速度反演和AVO校正准则的高精度剩余速度分析更新前、后的过同一条主测线的地震层速度剖面的对比.更新前地震层速度横向分布趋势变化较大, 局部存在奇异值, 而更新后的层速度横向、纵向趋势变化平缓, 更加符合地质规律, 说明其精度相对初始地震偏移速度有了大幅提高.

图  3  地震层速度更新前(a)后(b)剖面对比图

Figure  3.  Comparison of the sections before(a) and after (b)in terval velocity updated

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.2   基于沿层去压实的速度异常识别方法

随着勘探开发进程的深入, 井网密度的提高, 已钻井层速度存在横向差异的情况越发普遍, 这一改我们以往对渤海海域新近系地层层速度具有较稳定变化的认识, 渤海海域新近系存在速度异常这一现象需要引起重视.

为了解决上述问题，本文提出了基于沿层去压实的速度异常识别技术流程(图 1b)。地层速度受多种因素的共同影响，但是，对于同一工区来说沉积压实与构造历史和地质年代的影响是两大主因。勘探实践表明，地层速度与沉积压实(埋藏深度)之间满足线性递增关系，原始的偏移地震层速度在沉积压实背景速度的掩盖下，无法准确反映出地质因素本身造成的层速度异常，因此，基于单一变量原则，我们需要对其进行去沉积压实背景速度的矫正，来剥离掉这部分的影响，从而获得我们所需要的速度异常，这也是本技术流程的核心所在。

具体做法如下:

(1)提取目的层段的均方根属性, 质控地震资料的品质(图 4a);

图  4  基于去压实原理的沿层速度异常分析

Figure  4.  Abnomal velocity analysis along layer based on theprinciple of decompacting

下载: 全尺寸图片 幻灯片

(2)基于更新后的地震速度, 交汇分析并拟合目的层段双程旅行时与地震层速度关系V(t)(图 4b);

(3)对时间层位应用上述V(t)函数关系, 获得目的层段正常压实地层背景速度(图 4c);

(4)将目的层段地震层速度(图 4d)与正常压实地层背景速度(图 4c)进行求差运算, 获得目的层段地震速度异常分布(图 5b).

图  5  目的层段等t₀构造图与地震速度异常分析

Figure  5.  Time structure map and abnormal velocity distribution of targetlayer

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.   应用效果

研究区A构造位于凸起向凹陷延伸的斜坡, 三面环洼.已钻井揭示该区存在速度横向变化的风险, 因此有必要对速度变化进行描述, 而原始偏移速度场网格过于稀疏, 甚至网格间距大于圈闭规模, 无法用于精细的速度异常识别.因此, 本文开展了基于精细迭代建模的异常速度识别攻关研究.

图 5b为研究区地震速度异常识别结果。主体区速度变化较小，整体可用常速时深转换方法。但在研究区西南边存在明显的高速异常(图中蓝色区域)，速度异常最高达60 m/s，将引起构造误差高达40 m，远大于低幅度构造的闭合幅度，因此在高速异常区应采用变速时深转换方法^[20-21]。图 6为研究区目的层段变速成图前后构造图对比。在高速异常区附近，校正前构造自东向西快速抬升，校正后抬升速度有所减缓，并有效反映出依附于断层F1的鼻状低幅构造，圈闭幅度10 m，圈闭面积2平方公里，为后期勘探部署提供潜力目标。

图  6  速度异常校正前后目的层深度构造图对比

Figure  6.  Comparison of structure map before and afterabnormal velocity correction

下载: 全尺寸图片 幻灯片

上述工作流程使得横向层速度异常的预测成为了可能, 在钻前就能够起到潜力提示或风险警示的作用, 在渤海油田浅层含油气构造的勘探评价中可发挥重要作用.

3.   结论

经过理论探讨和实际工作的验证，本文对速度异常识别工作的各个环节进行总结，获得以下几点结论：

(1)基于约束Dix速度反演和AVO校正准则的高精度剩余速度分析技术，可更新获得更加准确、可靠的地震层速度。

(2)本文基于压实原理的异常速度识别方法，有效地剥离了构造背景对速度异常识别结果的干扰，因此可以获得更加准确的速度异常识别结果。

(3)在构造复杂区域，有必要对常速成图方法的适用性风险进行评估。利用基于精细迭代建模的速度异常识别方法可在有效提示风险的同时，对速度异常的幅度和范围进行刻画，为变速时深转换方法的选择提供参考依据。