速度模型精度對(duì)vsp資料偏移成像質(zhì)量的影響

速度模型精度對(duì)vsp資料偏移成像質(zhì)量的影響

vsp檢測(cè)具有信噪比高、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，受到了業(yè)界的高度重視。VSP資料波場(chǎng)信息豐富(如:直達(dá)下行波、上行反射波、大角度出射波以及多次波等),有利于陡傾角成像、多次波成像和多波成像。常規(guī)VSP資料偏移成像包括VSP-CDP變換方法、Kirchhoff積分法和波動(dòng)方程偏移法等。然而,在介質(zhì)復(fù)雜的情況下,這些方法都存在成像精度不高、不能對(duì)多次波準(zhǔn)確成像以及保幅性較差等問題。逆時(shí)偏移利用雙程波方程進(jìn)行波場(chǎng)延拓,其偏移結(jié)果不受地層傾角的限制,并且能夠?qū)Χ啻尾ㄟM(jìn)行成像然而,在復(fù)雜構(gòu)造情況下(特別是復(fù)雜上覆構(gòu)造),受VSP資料速度分析精度的限制,很難得到較為準(zhǔn)確的速度模型,因此,VSP資料逆時(shí)偏移質(zhì)量也受到極大的影響。鑒于復(fù)雜上覆構(gòu)造的影響,可以轉(zhuǎn)向另一種處理思路,即避開上覆復(fù)雜構(gòu)造的影響,專門針對(duì)井周區(qū)域進(jìn)行局部成像。局部成像方法受偏移速度精度的影響較小,對(duì)提高VSP資料的成像精度有較大貢獻(xiàn)。很多學(xué)者對(duì)VSP資料局部成像方法進(jìn)行了研究。一類是基于干涉成像我們對(duì)不受上覆復(fù)雜構(gòu)造影響的VSP資料局部逆時(shí)偏移方法進(jìn)行研究,重點(diǎn)討論直達(dá)波旅行時(shí)重構(gòu)和基于激發(fā)時(shí)間成像條件局部逆時(shí)偏移兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。借鑒了He等1方法原理1.1逆時(shí)偏移研究傳統(tǒng)意義上,偏移成像包括兩步———利用波場(chǎng)外推算子重構(gòu)波場(chǎng),然后利用成像條件將反傳到散射點(diǎn)處的能量作為“像”提取出來。Claerbout基于激發(fā)時(shí)間成像條件的逆時(shí)偏移可表達(dá)為式中:t基于激發(fā)時(shí)間成像條件的逆時(shí)偏移需要計(jì)算震源到各散射點(diǎn)的旅行時(shí)場(chǎng),一般的處理思路是基于波的正向傳播,從震源向散射點(diǎn)計(jì)算旅行時(shí)。然而,當(dāng)上覆地層比較復(fù)雜時(shí),速度模型的精度不會(huì)很高,計(jì)算出的旅行時(shí)會(huì)有較大誤差,在很大程度上影響偏移成像的質(zhì)量。對(duì)于VSP資料來說,檢波器更加靠近目的層,這就給另外一種思路提供了便利VSP資料局部逆時(shí)偏移的技術(shù)路線為(圖2):首先,數(shù)據(jù)準(zhǔn)備———從VSP資料中分離出上行P波、拾取直達(dá)波初至以及建立觀測(cè)井段深度范圍的速度模型;接著,利用直達(dá)波初至?xí)r間重構(gòu)出直達(dá)波的旅行時(shí)場(chǎng);然后,對(duì)分離出的上行P波數(shù)據(jù)進(jìn)行反向時(shí)間延拓,利用激發(fā)時(shí)間成像條件進(jìn)行偏移成像;最后,通過去噪和切除得到最終成像結(jié)果。1.2源點(diǎn)旅行時(shí)重構(gòu)逆向旅行時(shí)計(jì)算是從檢波點(diǎn)向震源點(diǎn)方向計(jì)算,離震源點(diǎn)越近旅行時(shí)將越小。逆向旅行時(shí)計(jì)算依然需要滿足程函方程,未知點(diǎn)的旅行時(shí)為所有已知點(diǎn)的旅行時(shí)減去兩者間局部走時(shí)后的最大值(圖3)。逆向旅行時(shí)計(jì)算與正向旅行時(shí)計(jì)算相類似,只是計(jì)算方向不同,因此,可以借鑒正向旅行時(shí)計(jì)算的相關(guān)原理。關(guān)于正向旅行時(shí)計(jì)算的研究已經(jīng)非常深入,可以利用射線追蹤如圖4所示,已知(x任意一點(diǎn)(x,z)到源點(diǎn)的旅行時(shí)關(guān)系可表達(dá)為其中,源點(diǎn)位于(0,0);S在波傳播距離較遠(yuǎn)的情況下,(x利用線性關(guān)系,(x假設(shè),過點(diǎn)(x其中,S為當(dāng)前網(wǎng)格點(diǎn)的慢度。利用(7)式對(duì)zdt/dz逆向旅行時(shí)計(jì)算過程中,必須按照波傳播過程的因果律,制定合適的計(jì)算策略。違反因果律的任何計(jì)算方法或計(jì)算過程都不可能得到正確的旅行時(shí)。假設(shè)已知第一列的旅行時(shí),從左向右計(jì)算旅行時(shí),在實(shí)際處理過程中,我們并不清楚射線的方向,計(jì)算每一點(diǎn)的旅行時(shí)時(shí)必須將所有可能的射線方向都考慮到(圖5)。對(duì)地震射線可能的方向分別計(jì)算旅行時(shí),然后取最大旅行時(shí)動(dòng)態(tài)更新當(dāng)前計(jì)算點(diǎn)的旅行時(shí)(可參見文獻(xiàn)[15]中的圖3)。為了驗(yàn)證上述直達(dá)波旅行時(shí)重構(gòu)方法的效果,對(duì)常梯度模型進(jìn)行了測(cè)試。速度模型如圖6a所示,源點(diǎn)位于右上角;圖6b為正演的旅行時(shí);圖6c為利用最左側(cè)記錄的旅行時(shí)重構(gòu)出的直達(dá)波旅行時(shí);圖6d為兩者間旅行時(shí)間的差異。從圖6中可以看出,本文方法可以很好地重構(gòu)直達(dá)波旅行時(shí)。但是,旅行時(shí)重構(gòu)也存在不準(zhǔn)確區(qū)域,該區(qū)域是連接源點(diǎn)和檢波點(diǎn)的直達(dá)波地震射線不經(jīng)過的區(qū)域。由于直達(dá)波初至?xí)r間不包含該誤差區(qū)域的信息,此處旅行時(shí)不能被準(zhǔn)確重構(gòu)。那么,VSP局部逆時(shí)偏移方法成像區(qū)域?qū)⒂兴拗?只能對(duì)井周圍有限區(qū)域成像。所以,對(duì)于僅針對(duì)目標(biāo)區(qū)域成像來說,本文方法是有效的。2主要逆時(shí)偏移結(jié)果首先利用模擬資料驗(yàn)證本文方法的有效性。設(shè)計(jì)一個(gè)6層速度模型(圖7),利用聲波方程有限差分法進(jìn)行VSP資料模擬。共模擬10炮數(shù)據(jù),炮點(diǎn)偏移距從400m到960m,偏移間隔為40m;井口位于0處,井中觀測(cè)井段300~2000m,觀測(cè)點(diǎn)距為5m。圖8為炮點(diǎn)偏移距為400m時(shí)的VSP波場(chǎng)模擬記錄。對(duì)圖8所示模擬資料進(jìn)行直達(dá)波初至拾取和上行波分離;然后分別進(jìn)行常規(guī)逆時(shí)偏移(基于相關(guān)成像條件)處理和局部逆時(shí)偏移處理。常規(guī)逆時(shí)偏移速度模型為圖7所示的準(zhǔn)確速度模型,局部逆時(shí)偏移速度模型為圖7中300~2000m深度范圍的局部速度模型。為了分析方便,僅對(duì)比相同的成像區(qū)域,圖9a為傳統(tǒng)逆時(shí)偏移結(jié)果;圖9b為本文方法的偏移結(jié)果。從圖9中可以看出,在速度模型準(zhǔn)確的情況下,在直達(dá)波旅行時(shí)可重構(gòu)的區(qū)域內(nèi),兩種方法都能進(jìn)行很好的成像。但是,由于直達(dá)波旅行時(shí)準(zhǔn)確重構(gòu)的范圍有限(炮點(diǎn)至檢波點(diǎn)的地震射線經(jīng)過的區(qū)域),因此,本文方法成像范圍有限,存在不準(zhǔn)確區(qū)域(圖9b紅色虛線以下部分);而傳統(tǒng)的逆時(shí)偏移方法不存在限制區(qū)域(圖9a),成像范圍更廣。另外,為了測(cè)試成像穩(wěn)定性,我們進(jìn)行不準(zhǔn)確偏移速度下逆時(shí)偏移(偏移速度為原始速度的90%)測(cè)試(圖10)。圖10a為傳統(tǒng)逆時(shí)偏移結(jié)果;圖10b是本文方法的偏移結(jié)果。從圖10中可以看出,傳統(tǒng)逆時(shí)偏移結(jié)果中同相軸位置錯(cuò)誤,聚焦差;而本文方法依然可以較好地成像。由此可見,在偏移速度不太準(zhǔn)確的情況下,局部逆時(shí)偏移的優(yōu)勢(shì)更明顯。3傳統(tǒng)逆時(shí)偏移試驗(yàn)我們對(duì)某地區(qū)的VSP實(shí)際資料進(jìn)行偏移試驗(yàn)。該VSP實(shí)際資料共有11炮,炮點(diǎn)偏移距為40~440m,間隔40m;井中觀測(cè)井段300~930m,觀測(cè)點(diǎn)距為10m。經(jīng)過前期處理后得到上行波資料,圖11為偏移距為40m時(shí)的上行波數(shù)據(jù),可見該VSP實(shí)際資料信噪比較低。根據(jù)偏移距40m的直達(dá)波初至?xí)r間,建立如圖12所示的層狀速度模型,最深接收點(diǎn)以下為常速。對(duì)圖11所示VSP實(shí)際資料進(jìn)行逆時(shí)偏移處理,傳統(tǒng)逆時(shí)偏移的偏移速度如圖12所示,局部逆時(shí)偏移的偏移速度為圖12中深度范圍300~930m部分。圖13a為傳統(tǒng)逆時(shí)偏移結(jié)果;圖13b為局部逆時(shí)偏移結(jié)果。對(duì)比圖13a和圖13b可以看出,局部逆時(shí)偏移結(jié)果中同相軸連續(xù)性更好。圖14為150m處按炮點(diǎn)偏移距選排的共成像點(diǎn)道集(圖14b中有幾道缺失是因?yàn)?50m超出前3炮VSP數(shù)據(jù)的成像范圍),可以看出,局部逆時(shí)偏移共成像點(diǎn)道集(圖14b)的同相軸較傳統(tǒng)逆時(shí)偏移結(jié)果(圖14a)更平整(圖14中箭頭所示)。因此,實(shí)際VSP資料逆時(shí)偏移處理的結(jié)果表明局部逆時(shí)偏移成像效果更好。4局部逆時(shí)偏移成像逆時(shí)偏移技術(shù)既可以適應(yīng)復(fù)雜速度變化,又可對(duì)多次波進(jìn)行成像,是VSP資料精確成像的有效手段。然而,當(dāng)偏移速度精度不高時(shí),VSP逆時(shí)偏移成像質(zhì)量將受較大的影響。我們研究并采用了直達(dá)波旅行時(shí)重構(gòu)及VSP資料局部逆時(shí)偏移成像的方法。該方法僅利用最淺至最深檢波器深度范圍內(nèi)的局部速度場(chǎng),從檢波點(diǎn)向炮點(diǎn)方向重構(gòu)旅行時(shí),因此,可同時(shí)避開最淺檢波器之上復(fù)雜構(gòu)造的影響和炮點(diǎn)靜校正問題。局部逆時(shí)偏移成像時(shí)更靠近目標(biāo)層,具有成像精度高和處理效率高的優(yōu)勢(shì)。模型數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)偏移速度精度不高時(shí),局部逆時(shí)偏移較傳統(tǒng)逆時(shí)偏移成像質(zhì)量更優(yōu)