二维叠加速度及均方根速度场闭合差校正方法

摘要

本发明涉及一种二维叠加速度及均方根速度场的两步法校正方法；首先求取T

说明书

技术领域：

本发明涉及一种对低幅度构造圈闭石油地震勘探二维地震工区速度建场精度的叠加速度及均方根速度场校正方法。

背景技术：

在二维地震工区的资料解释、变速成图工作中，测线交点普遍存在反射层时间和速度场闭合差问题。目前，针对测线交点反射层时间闭合差问题的研究比较深入，但对速度场闭合差问题的研究还不多见。比较有代表性的有左龙凭等人在2000年提出的对不同测线计算校正算子，对交点闭合差作时变和空变时间差校正及波形校正。另外，陈遵德等人提出采用多段折线最优逼近平均速度的方法，把速度曲线分成数段，每段对应一套地层，在每段内求出相应的时间闭合差，采用数学方法进行校正，从而解决相交测线速度闭合差问题。

上述两种方法都在不同程度上消除了交叉测线的闭合差问题，提高了二维工区的速度建场精度。但都没有从闭合差产生的根本原因入手来解决问题，不可避免地存在着局限性：①对各种原因引起的速度闭合差实行一刀切，做一次性校正，精度必然受到制约；②均采用数学曲线拟合的方法，前者用一个拟合函数，后者是多段拟合，降低了叠加(平均)速度的精度，同时也降低了闭合差求取的精度；③具体方法存在个性缺陷，前者针对叠加速度做校正，只适合于小地层倾角；后者在把速度纵向分段拟合时，方法本身就可能带来速度闭合问题，并且该方法只能针对大套地层，精度受到限制。

交叉测线速度不闭合的问题是制约二维地震工区，尤其是低幅度构造二维地震工区速度建场精度的关键因素之一，因此探究交叉测线速度闭合差产生的根本原因，研发科学有效的校正技术成为当前二维地震工区速度研究的主要内容。前人的研究没有从速度闭合差产生的根本原因入手，试图采用纯粹的数学方法彻底解决地球物理问题，不可避免地存在各种缺陷。

发明内容：

本发明的目的是根据形成二维速度场闭合差的根本原因，即地震资料主测线和联络测线不闭合，资料解释时的T₀闭合差导致叠加速度场主测线、联络测线的闭合差以及在将叠加速度转换为均方根速度时，由于主测线、联络测线视倾角的差别，均方根速度本身存在闭合差这两个方面采用两步法分别对这两种闭合差进行校正，最后得到精确的二维地震速度场。

1、解释T₀闭合差引起的叠加速度闭合差校正技术。

由于T₀时间和叠加速度谱是一一对应的关系，而在二维剖面解释过程中，往往存在时间闭合差，在编制T₀图时要对T₀时间闭合差进行校正，同样这个时间闭合差也会引起速度谱的闭合差，因此要对这个速度闭合差进行校正。校正时根据解释提供的每条线的T₀时间和T₀平面图，计算每条线T₀时间与T₀平面图的时间差ΔT(见附图1)，把这个时间差作为速度谱的校正量，根据ΔT正负(上抬为负，下移为正)的不同，用不同的速度和校正公式对速度谱做校正：

当ΔT＞0时，校正速度用地表充填速度v₀

第一步：用Dix公式由速度谱上的叠加速度计算第n层的层速度：

$v_{\mathrm{cn}}=\sqrt{\frac{v_n^2{t}_n-v_{n-1}^2{t}_{n-1}}{t_n-t_{n-1}}}$

第二步：由层速度反算叠加速度：

$v_n=\sqrt{\frac{v_0^{2}v\mathrm{\Delta t}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{v}_{\mathrm{ct}}^2\Delta t_i}{\mathrm{\Delta t}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta t_i}}$

当ΔT＜0时，校正速度用速度谱上的速度。

第一步：用Dix公式由速度谱上的叠加速度计算第n层的层速度。

第二步：由下面公式由层速度反算叠加速度

$v_n=\sqrt{\frac{\underset{i=k}{\overset{n}{\Sigma }}{v}_{\mathrm{ci}}^2\Delta t_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta t_i+\mathrm{\Delta t}}}$$\left(\begin{array}{c}{t}_{k-1}<\mathrm{\Delta t}<t_k\\ \Delta t_k=t_k-\mathrm{\Delta t}\end{array}\right)$

2、主测线、联络线视倾角不同引起的均方根速度闭合差校正技术。

对由于主测线和联络测线视倾角的不同形成的闭合差我们按如下流程进行校正(见附图2)：

①从主测线、联络测线叠加剖面上，分别拾取出剖面的时间斜率d₁、d₂，

②利用地震测线分出主测线、联络测线的叠加速度V_a1、V_a2；

③根据如下公式计算主测线、联络测线的视倾角θ₁和θ₂、均方根速度V_R1、V_R2；

$V_{R1}=\frac{V_{a1}}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a1}{d}_1}{2}\right)}^2}},$$V_{R2}=\frac{V_{R2}}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a2}{d}_2}{2}\right)}^2}}$${\theta }_1={\cos }^{-1}\left[\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a1}{d}_1}{2}\right)}^2}}\right],$${\theta }_2={\cos }^{-1}\left[\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a2}{d}_2}{2}\right)}^2}}\right]$

④计算主测线与联络测线交点处的加权系数c₁(i，j)、c₂(i，j)

$c_1(i,j)=\frac{{\sin }^2{\theta }_1(i,j)+{\cos }^2{\theta }_2(i,j)}{2}$${\theta }_2(i,j)=\frac{{\cos }^2{\theta }_1(i,j)+{\sin }^2{\theta }_2(i,j)}{2}$

⑤对交点处的加权系数c₁(i，j)、c₂(i，j)各自进行插值，得到各自加权系数散点c₁(x，y)c₂(x，y)。

⑥归一化处理最终各点的加权系数为：

$\frac{c_2(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}$$\frac{c_1(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}$

⑦对主测线和联络线均方根速度插值得到各自均方根速度散点v_R1(x，y)V_R2(x，y)

⑧加权叠加得到最终的均方根速度场：

$v_R(x,y)=\frac{c_1(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}{v}_{R1}(x,y)+\frac{c_2(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}{v}_{R2}(x,y)$

在校正主测线和联络线的速度闭合差时，关键的难点是剖面时间斜率的求取，在实际研究中，利用以下两种方式来获得时间斜率：一是从segy时间剖面获得。通过对segy时间剖面的同相轴自动追踪，对追踪的曲线求导，获得各剖面沿测线方向的时间斜率，然后与测量成果进行坐标匹配，获得空间位置上的时间斜率。二是通过T₀时间图获得。首先把测线分成主测线和联络测线两个方向，然后沿测线分别到各层T₀图上求时间斜率，并对时间斜率做空间网格化，插值获得空间每个点的时间斜率。

该技术实施过程中要首先进行第一步校正，然后再进行第二步校正，顺序固定，不能颠倒，经过两步速度闭合差的校正，就可以得到相对精确的速度场。

发明效果：

本次研究从地球物理学的角度出发，探究二维地震速度场闭合差产生的根本原因，对各种原因引起的速度闭合差进行深入的分析研究，结合构造地质因素，利用精确的数学公式对不同的速度闭合差进行计算及分步校正，从而科学有效地消除交叉测线速度闭合差，切实提高二维地震工区速度场精度。

该技术与前人研究成果对比有以下几个优点：①对速度闭合差进行深入分析研究，根据其形成的原因分别进行计算并分步进行校正，比前人对速度闭合差实施“一刀切”的不科学的校正方法迈进了一大步；②用严格的数学公式计算来求取速度闭合差，这比前人用曲线拟合方式来求取速度闭合差要精确得多。③可以对任何目的层速度闭合差进行计算和校正，不受地层厚薄、倾角大小的限制，提高了速度研究精度。

2006年以来，利用该技术成果在塔里木盆地低幅度构造区进行了重点研究，在下第三系及志留系共发现低幅度构造圈闭6个，总面积计55km²，上钻6口探井，其中1口井见油气显示，5口井获得工业油气流，预测资源量天然气：1500亿立方，凝析油3500万吨。

附图说明：

图1T₀闭合差及其引起的速度闭合差校正示意图

图2均方根速度闭合差校正流程图

图3某工区地震T8反射层平均速度图(原始)

图4某工区地震T8反射层平均速度图(T₀闭合差引起的速度闭合差校正)

图5某工区地震T8反射层平均速度图(均方根速度闭合差校正)

图6B工区某反射层平均速度图(原始)

图7B工区某反射层平均速度图(T₀闭合差引起的速度闭合差校正)

图8B工区某反射层平均速度图(均方根速度闭合差校正)

具体实施方式

实施例1

某二维地震工区勘探目的层埋藏深，构造起伏比较平缓，对地震速度场精度要求比较高。工区原始地震资料存在较大的速度闭合差(图3)，需要对其进行校正，以提高地震速度场的精度。

1、T₀闭合差引起的叠加速度闭合差校正

①T₀闭合差的求取

首先把整个工区的地震解释数据经T₀闭合差校正之后进行网格插值，形成整个工区的地震解释等T₀图，用T₀图的曲面文件减去每条地震测线没有做T₀闭合差校正的散点数据，得到沿地震测线分布的ΔT散点数据。

②T₀闭合差引起的叠加速度闭合差校正

用ΔT作为叠加速度谱的校正量，根据ΔT符号的正负(上抬为负，下移为正)，用不同的速度及相应的校正公式对速度谱做校正。

当ΔT＞0时，校正速度用地表充填速度v₀

第一步：用Dix公式由速度谱上的叠加速度计算第n层的层速度：

$v_{\mathrm{cn}}=\sqrt{\frac{v_n^2{t}_n-v_{n-1}^2{t}_{n-1}}{t_n-t_{n-1}}}$

第二步：由层速度反算叠加速度：

$v_n=\sqrt{\frac{v_0^2\mathrm{\Delta t}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{v}_{c1}^2\Delta t_1}{\mathrm{\Delta t}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta t_i}}$

当ΔT＜0时，校正速度用速度谱上的速度。

第一步：用Dix公式由速度谱上的叠加速度计算第n层的层速度。

第二步：由下面公式由层速度反算叠加速度

$v_n=\sqrt{\frac{\underset{i=k}{\overset{n}{\Sigma }}{v}_{\mathrm{ci}}^2\Delta t_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta t_i+\mathrm{\Delta t}}}$$\left(\begin{array}{c}{t}_{k-1}<\mathrm{\Delta t}<t_k\\ \Delta t_k=t_k-\mathrm{\Delta t}\end{array}\right)$

工区速度闭合差基本在70m/s以内，经过上述对由T₀闭合差引起的叠加速度闭合差的校正，大部分速度闭合差已经消除(图4)。

2、主测线、联络线视倾角不同引起的均方根速度闭合差校正工区地层变化相对平缓，地层倾角不大，因此由主测线、联络线视倾角不同引起的均方根速度闭合差相对较小。

①利用T₀图求空间位置上的时间斜率。

工区面积大、地震测线多，用地震剖面求取时间斜率工作量太大，因此用T₀图求空间位置上的时间斜率。首先由工区地震解释成果获得地震解释等T₀图，然后沿主测线和联络测线两个方向分别到各层T₀图上求时间斜率，并对时间斜率做空间网格插值、平滑获得空间每个点的时间斜率。由于工区地层倾角比较小，时间斜率变化平缓，因此该工区做时间斜率的空间网格插值时，插值半径横向取100m(取值范围一般在0-1000m)、纵向取50ms(取值范围一般在0-200ms)，平滑系数取2(取值范围一般在0-30)；

②利用工区地震测线分出主测线、联络测线的叠加速度V_a1、V_a2；

③根据如下公式计算主测线、联络测线的视倾角θ₁和θ₂、均方根速度V_R1、V_R2；

$V_{R1}=\frac{V_{a1}}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a1}{d}_1}{2}\right)}^2}},$$V_{R2}=\frac{V_{a2}}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a2}{d}_2}{2}\right)}^2}}$${\theta }_1={\cos }^{-1}\left[\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a1}{d}_1}{2}\right)}^2}}\right],$${\theta }_2={\cos }^{-1}\left[\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a2}{d}_2}{2}\right)}^2}}\right]$

④计算主测线与联络测线交点处的加权系数c₁(i，j)、c₂(i，j)

$c_1(i,j)=\frac{{\sin }^2{\theta }_1(i,j)+{\cos }^2{\theta }_2(i,j)}{2}$$c_2(i,j)=\frac{{\cos }^2{\theta }_1(i,j)+{\sin }^2{\theta }_2(i,j)}{2}$

⑤对交点处的加权系数c₁(i，j)、c₂(i，j)各自进行插值，得到工区

均匀分布的加权系数散点c₁(x，y)c₂(x，y)。

⑥对加权系数散点做归一化处理，得到平滑的、均匀变化的加权系数：

$\frac{c_2(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}$$\frac{c_1(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}$

⑦对主测线和联络线均方根速度插值得到各自均方根速度散点v_R1(x，y)V_R2(x，y)

⑧用⑥得到的加权系数对由⑦得到的均方根速度散点进行加权叠加，也就是做均方根速度倾角校正得到最终消除闭合差的均方根速度场：

$v_R(x,y)=\frac{c_1(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}{v}_{R1}(x,y)+\frac{c_2(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}{v}_{R2}(x,y).$

经过主、联测线视倾角不同引起的均方根速度闭合差校正，计算得出的平均速度闭合差已经完全消除(图5)，在经过上述两步法速度闭合差校正之后，有效提高了二维速度场的精度。

用该速度场对工区地震解释成果进行时深转换，新发现了3个低幅度构造圈闭，其中1号圈闭已经钻探成功，预测资源量天然气：400亿立方，凝析油600万吨。

实施例2

B工区地表地下地质结构复杂，二维地震测网为2×4～4×4km，存在施工年度不同，处理单位不同等因素，交叉测线速度闭合问题比较严重(图6)，变速成图的重点是做好闭合差校正工作。采用如下校正步骤：

1、T₀闭合差引起的叠加速度闭合差校正

该区T₀闭合差20-45ms，其引起的速度闭合差不容忽视，必须进行校正。

①T₀闭合差的求取

首先把整个工区的地震解释数据经T₀闭合差校正之后进行网格插值，形成整个工区的地震解释等T₀图，用T₀图的曲面文件减去每条地震测线没有做T₀闭合差校正的散点数据，得到沿地震测线分布的ΔT散点数据。

②T₀闭合差引起的叠加速度闭合差校正

用ΔT作为叠加速度谱的校正量，根据ΔT符号的正负(上抬为负，下移为正)，用不同的速度及相应的校正公式对速度谱做校正。

当ΔT＞0时，校正速度用地表充填速度v₀

第一步：用Dix公式由速度谱上的叠加速度计算第n层的层速度：

$v_{\mathrm{cn}}=\sqrt{\frac{v_n^2{t}_n-v_{n-1}^2{t}_{n-1}}{t_n-t_{n-1}}}$

第二步：由层速度反算叠加速度：

$v_n=\sqrt{\frac{v_0^2\mathrm{\Delta t}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{v}_{\mathrm{ci}}^2\Delta t_i}{\mathrm{\Delta t}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta t_i}}$

当ΔT＜0时，校正速度用速度谱上的速度。

第一步：用Dix公式由速度谱上的叠加速度计算第n层的层速度。

第二步：由下面公式由层速度反算叠加速度

$v_n=\sqrt{\frac{\underset{i=k}{\overset{n}{\Sigma }}{v}_{\mathrm{ci}}^2\Delta t_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta t_i+\mathrm{\Delta t}}}$$\left(\begin{array}{c}{t}_{k-1}<\mathrm{\Delta t}<t_k\\ \Delta t_k=t_k-\mathrm{\Delta t}\end{array}\right)$

从图6我们可以看出，校正前速度闭合差达到40m/s，构造埋深时间深度大于3s时，深度误差将超过60m，无法落实幅度小于100m的圈闭。经过T₀闭合差引起的叠加速度闭合差校正后所计算出的平均速度(图7)测线交点闭合差已基本小于15m/s。

2、主测线、联络线视倾角不同引起的均方根速度闭合差校正①利用地震segy时间剖面求空间位置上的时间斜率。

工区面积不大、地震测线相对较少，用地震剖面求取时间斜率以提高时间斜率的求取精度。由于工区地层倾角相对较大，时间斜率变化较大，因此该工区做时间斜率的空间网格插值时，为获得相对平滑的趋势面，插值半径横向取值稍大为300m(取值范围一般在0-1000m)、纵向取80ms(取值范围一般在0-200ms)，平滑系数取5(取值范围一般在0-30)；

②利用工区地震测线分出主测线、联络测线的叠加速度V_a1、V_a2；

③根据如下公式计算主测线、联络测线的视倾角θ₁和θ₂、均方根速度

V_R1、V_R2；

$V_{R1}=\frac{V_{a1}}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a1}{d}_1}{2}\right)}^2}},$$V_{R2}=\frac{V_{a2}}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a2}{d}_2}{2}\right)}^2}}$${\theta }_1={\cos }^{-1}\left[\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a1}{d}_1}{2}\right)}^2}}\right],$${\theta }_2={\cos }^{-1}\left[\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{V_{a2}{d}_2}{2}\right)}^2}}\right]$

④计算主测线与联络测线交点处的加权系数c₁(i，j)、c₂(i，j)

$c_1(i,j)=\frac{{\sin }^2{\theta }_1(i,j)+{\cos }^2{\theta }_2(i,j)}{2}$$c_2(i,j)=\frac{{\cos }^2{\theta }_1(i,j)+{\sin }^2{\theta }_2(i,j)}{2}$

⑤对交点处的加权系数c₁(i，j)、c₂(i，j)各自进行插值，得到工区

均匀分布的加权系数散点c₁(x，y)c₂(x，y)。

⑥对加权系数散点做归一化处理，得到平滑的、均匀变化的加权系数：

$\frac{c_1(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}$$\frac{c_1(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}$

⑦对主测线和联络线均方根速度插值得到各自均方根速度散点

V_R1(x，y)V_R2(x，y)

⑧用⑥得到的加权系数对由⑦得到的均方根速度散点进行加权叠加，也就是做均方根速度倾角校正得到最终消除闭合差的均方根速度场：

$v_R(x,y)=\frac{c_1(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}{v}_{R1}(x,y)+\frac{c_2(x,y)}{c_1(x,y)+c_2(x,y)}{v}_{R2}(x,y).$

经过主、联测线视倾角不同引起的均方根速度闭合差校正，计算得出的平均速度闭合差已经完全消除(图8)，同时保持了原始速度的整体规律，速度横向变化呈现北低南高，中部低速条带的特征。这与工区北高(地层尖灭)南低，中部沿断裂系统分布低幅度构造带的构造地质规律是一致的。