浅谈地震速度场建立的意义和方法

【摘要】目前，地震资料解释中很多都采用常规变速成图，这固然也能够反映出地下地层构造形态，但难以完全落实目的层构造形态大小及构造高点的真实位置。尤其是当研究区块遭受不同时期构造运...

摘要：地震速度场的建立是油气勘探、开发各阶段所必需的技术资料，地震波传播速度参数贯穿于地震教据采集、处理和解释的整个地震勘探过程。通过对环波软件速度建场的思路和方法解析，阐述了速度场的重要性和建立方法及应用实例。

关键词：速度谱；速度场；模型层析；变速成图

中图分类号：P62　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2010)010-094-02

1、引　言

在地球物理勘探中，地下介质速度是个非常关键的参数。准确的速度求取对于观测系统设计、地下地质目标体的精确定位、构造解释和储层预测等至关重要，而且速度的精度也直接影响着地震勘探的各个环节及最终成果。地震波传播速度参数贯穿于地震数据采集、处理和解释的整个地震勘探过程，速度分析的结果不仅影响成像效果，而且更重要的是影响成像与解释结果的可靠性，因此说地震速度是地震勘探中最重要的参数之一。

目前，地震资料解释中很多都采用常规变速成图，这固然也能够反映出地下地层构造形态，但难以完全落实目的层构造形态大小及构造高点的真实位置。尤其是当研究区块遭受不同时期构造运动的影响，地层不同程度地受到挤压、褶皱、剥蚀。这种岩性的横向相变造成地下介质存在较强的各向异性，使得地震波的传播速度在纵、横方向上变化均较大。运用常规成图方法进行时深转换，往往会导致错误的结果。因此如何科学准确地求取地震速度、建立速度场并得到一张精确的构造图，如何发展和应用变速成图技术来满足复杂地下地质情况勘探的需求，一直是地球物理学家不懈努力的方向。

2、速度场建立的基本思路和方法

当前，三河环波软件有限公司走在了速度场建立的前沿。在此，重点介绍环波软件建立速度场的思路和方法。

具体思路为：采用地震速度谱资料建立速度场，然后应用VSP测井资料和声波测井资料所确定的地层速度对速度场进行标定、校正，确保速度场的变化趋势及精度符合实际地质情况；依据地震层位解释数据从速度场中提取沿层速度，并应用沿层速度对tO数据做时深转换成高精度的构造图：

2.1　速度场建立的工作流程

采用速度谱建速度场，其工作流程如下：

2.2　速度谱资料整理

速度谱资料整理，其涵义主要包括三个方面：一是将其它格式的速度谱转换成环波数据格式：二是对速度谱作修饰性处理，如排列长度校正、单谱点速度野值修正；三是对速度谱做整体校正，使速度谱整体变化趋势最佳的逼近地层速度的变化。

2.3　求取层速度

求取层速度，从方法上大致分为三种：

第一种：Dix公式方法。这种方法是通过叠加速度转换成均方根速度，然后用dix公式计算层速度。

这种方法原理简单，操作方便，时效高，适合于地层比较平坦情况下求取地层速度。

第二种：层位控制法。这种方法是借助于地震层位解释成果，求取层间的地层速度，然后再对其做横向插值处理。

这种方法的主要技术思路是，用高信噪比区域的速度反推低信噪比区域的速度。即：由于局部地震资料信噪比低，利用速度谱无法求取其地层速度，而用其周边求取的地层速度通过反向外推填充该区域的速度。

第三种：模型层析法。这种方法是基于射线传播理论，通过射线追踪、修改速度模型，拟合叠加速度，并与已知叠加速度比较，通过迭代求取层速度。

这种方法，摆脱了用Dix公式求取地层速度受地层倾角的限制，适合于高陡构造、地层倾角变化或速度纵横向变化比较大的区域求取地层速度。

在上面介绍的三种计算层速度方法中，模型层析法。求取层速度是一种技术创新，其技术水平达到了国内领先。也正是有了该方法求取层速度，才使得利用速度谱求取高陡构造区或复杂构造区的地层速度成为了可能。

2.4　建立速度场

当求取了地层的层速度，通过数学变换就可以求出地层的平均速度。但是，如何使这些空间离散的平均速度点插值成一个数据体，即所谓的速度场，这还需要一项关键技术――三维网格化技术。

所谓三维网格化技术，就是利用空间离散的数据点，通过一种插值算法使数值点在空间上按照一定的间隔均匀分布。环波软件的三维网格化技术，采用的是偏微分方程，通过迭代进行插值计算。该方法插值效果非常理想，2002年刘光鼎院士等一些技术专家对环波公司的立体网格化技术给予了很高的评价，认为该项技术达到了国际领先水平。也正是有了这种立体网格化技术，才最终实现了速度场的建立。

2.5　速度场标定、校正

(1)速度场标定

速度场的标定，就是依据整理的地层速度与对应的速度场的速度进行比较，找出二者的差异。求取地层速度的方法一般有两种：一是由VSP测井资料求取，通常情况下这种方法求取的地层速度是最准的：二是由声波测井资料通过制作合成地震记录确定的地震地质层位求取地层速度。这是最常用的方法，但受一定的人为因素影响。

当获得了地层速度后，速度场的标定就变得相当简单了，只要按(x、Y、T、V)格式给定数据，模块就会自动从速度场中提取出速度误差，即完成了对速度场的标定。但在实际标定过程中有时会遇到提取的速度误差很大，这时要认真分析产生误差的原因，消除产生误差的假象。因此，要求建场人员要具备一定的地球物理和地质方面的知识，而且还要有一定的实践经验。

(2)速度场校正

速度场校正需要一项关键技术，即误差分配。误差分配的方法很多，其问题的核心是插值。通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法称为空间数据的插值。插值技术包括样条函数、最小二乘趋势面、克里金(Kriging)移动平均法、空间自协方差最佳内插法、最小能量平滑法及反距离加权算法等。其中，反距离加权算法比其它一些算法更具有优势，其优势主要体现在两个方面：一是保证误差源点处的误差校正到位，二是保证远离误差源点处的数据校正不出现畸变。

速度场校正，大致可分为绝对速度误差校正和相对误差校正两种方法。绝对速度误差校正：就是用标定出的速度误差直接进行体网格化成速度误差场，然后与原始速度场合并，得到正确的速度场；相对误差校正：就是用标定的速度除以速度场对应的速度得到速度系数，再对速度系数进行体网格化成系数场，然后将系数场与原始速度场相乘，得到正确的速度场。上述两种误差校正方法没有本质上的差异，只是前者属绝对误差校正，后者属相对误差校正。

另外，在生产实践中还扩展了上述的速度场的校正方法，推出了“层位控制法”。层位控制法的主要原理是：以沿层速度为基准标定、校正速度场，其方法着重体现了沿层速度的合理性。具体做法是：首先从速度场中提取沿层速度，依据钻井资料对沿层速度进行标定、校正，使其符合实际地质情况：将多层校正后的沿层速度进行合并，并作为基准速度标定、校正速度场，以实现对速度场的整体校正。

2.6　高精度构造成图

依据所建立的速度场，由层位解释数据提取沿层速度，再用沿层速度对tO图做时深转换，实现变速成构造图。一般情况下，采用上述方法所成的构造图对井误差小于1.0％。根据实际需要，还可对所成的构造图做井深校正，即用钻井深度标定构造图，对构造图的深度误差再进行平面网格化校正，经过井深校正的构造图对井误差一般小于0.5％。

另外，在绘制成果图件时，尽量采用小的网格化间距、小的平滑系数和小的等值线间距，以突出对微幅度构造的精细刻画。

3、速度场研究的实例

江陵凹陷是一个地区地震测井和声波测井速度资料较少的地区，建立速度场的资料主要来源于叠加速度谱，同时利用较精确的地震测井和声波测井速度进行约束，从而建立相对准确的三维空间速度场(图2)。

依据速度场的建立流程，采用VSP测井(地震测井)、声波测井资料以及地震速度谱资料，通过计算求取平均速度，建立了江陵凹陷平均速度场。结合整个江陵凹陷36口井的VSP测井、地震测井以及声波测井的速度资料进行分析，并对江陵凹陷地层速度纵、横向变化规律进行了研究，发现凹陷速度变化具有以下规律：1)纵向上，地层的速度均随时间的增大而增大；2)同一套地层的层速度在平面上变化也随着深度的增加而逐渐加大；3)不同层的层速度在相同t0时间也有变化，总的来看老地层比新地层速度偏高(图3)。

4、结束语

目前地震资料解释过程中，一般都采用统一速度参数，即速度量版编制构造图，且速度参数常由少量速度谱或探井资料来获得。为便于人工成图，在一个工区内近似认为同一标准层的速度参数是常量，忽略了地层速度参数的横向变化。但不同的区域地质背景、不同的沉积环境，其地下的岩性和非均质性是客观存在的，纵横向地层速度的变化也是必然的。如果采用统一速度量版进行时深转换所得到的深度与实际(钻井分层)必定有很大误差。地震速度场的建立适用于油气勘探、开发的各个时期。现阶段，我国油区大面积建立速度场的工作还没有展开，为了适应勘探和开发形势的需要，强烈呼吁：尽早开展大面积速度场的建立工作，逐步形成一套随时可以查阅和使用的速度场数据库。