莺歌海盆地二维剖面高斯束高精度叠前深度偏移.docx

1、第37卷第1期Vol.37,No.1海洋地质与第四纪地质MARINEGEOLOGY&QUATERNARYGEOLOGYDOI：10.16562/ki.0256-1492.2017.01.020莺歌海盆地二维剖面高斯束高精度叠前深度偏移张瑞，黄建平，崔超，王子颖(中国石油大学华东地球科学与技术学院.育岛266580)摘要：南海油气资源丰富，随着物探区域逐渐由陆地姑向海洋，高灿度成像是海洋油气勘探的瓶颈技术.本文发展了一种高斯束高精度佳前深度偏移方法，将海上接收的地震记录进行加窗局郭倾斜卷加，从震源和检波点分别进行射线追踪，利用高斯束金加求和的方法进行成像。通过时南海鸾歌海盆地典型模型进行

2、成像测试.结合偏移成像结果局部放大及角度域共成像点道集进行分析，睑证了本文方法对海底陡倾角断层及岩体高袖度成像能力及其对海洋复杂模型良好的适应性。关键词：高斯束偏移；角度域共成像点道集；陡倾角；鸾歌海盆地中图分类号:P315.O1文献标识码：A文章编号：0256-1492(2017)01-016808南海的油气资源极为丰富.被誉为“第二个波斯湾”。南海海底地形十分复杂，大致呈一个菱形海底盆地的形状，主要由多个大型盆地构成。其中，莺歌海盆地是一个富含油气资源的大型盆地，它在红河地缝合线基础上发育成现今新生代走滑拉张型盆地,盆地具有下断上坳，沉降速率快，沉积层厚，底辟构造十分发育的特点C2<

3、3o经过三卜多年的勘探和开发，已经在盆地中央凹陷带中发现了多个含气构造，同时发现天然气水合物的存在，但由于总体勘探程度和偏移成像方法精度都比较低.难以弄清盆地内天然气的聚集规律及油气分布特点。另外.拉纳等于1979年将深度偏移应用于实际海洋剖面.进一步强调了深度偏移在定井位中的重要性。因此发展一种高精度的深度偏移成像方法.对分析盆地内的构造特点以及后面的成藏模式与运移规律的研究具有重要意义高斯束登前深度偏移是一种高精度的深度偏移成像方法。高斯束方法起源于电磁学，随后被Kachalov.Popov和Cerveny等仲引人到地球物理学领域，并应用到波场的正演模拟中。后来Hill采用局部高斯窗倾斜叠

4、加的方法实现了彘后高斯束基金项目：国家“973”课题(2O14CB239OO6)；国家自然科学基金项目41274124)；国家油气承大专项课(2016ZXO5014001,2O16ZXO5OO2)作者简介：张瑞(1994一)，硕士生.主要从事全波形反演研究工作.通讯作者：黄建平(1982-),副教授.主要从小地震波正演及偏移成像工作.Email：jphuang收稿日期：2016-10-08;改回日期：2016-11-20.周立君编辑偏移，解决了Kirchhoff偏移中多次波至问题K°Hale研究高斯束偏移中最近点搜索等一系列算法优化问题乂。Hill在2001年结合叠后高斯束偏移的基本

5、思想，发展了适用不同道集的叠前高斯束偏移方法3项。国内对高斯束方法的研究相对较晚.李瑞忠等利用基于Kirchhoff积分偏移的倾角扫描法实现了高斯束偏移但忽略了高斯束的复值走时特点，没有解决Kirchhoff方法的多值走时问题',4。邓飞等及黄建平等幻发展了高斯束正演模拟优化策略及共炮域登前偏移流程。岳玉波于2011年系统介绍了高斯束性质及高斯束偏移原理.着重探讨了高精度、保幅及复杂地表高斯束偏移理论方法职。黄建平等K22结合弹性波理论提出了解耦的起伏地表弹性波高斯束偏移。袁茂林等研究了用部角度域高斯束偏移参数优化问题。2016年，黄建平等24.25基于有效邻域波场近似发展了起伏地表保

6、幅高斯束偏移。Protasovas分别从VSP数据和各向异性真振幅两个方向对三维高斯束偏移进行了研究。本文在前人研究的基础上.针对海上数据的特殊性，考虑到莺歌海盆地陡倾角断层及底辟十分发育的特点，结合高斯束方法对其成像的能力，发展了一种高斯束高精度登前深度偏移成像方法，通过对莺歌海盆地典型模型进行测试，并对偏移成像结果和角度域共成像点道集分析，验证了该方法可以获得准确的构造成像结果，特别是陡倾角断层及岩体，这对海底油气形成及运移规律的研究尤为重要。1高斯束叠前深度偏移基本原理根据Clayton在1981年提出的波场双向延拓积分的思想洵，可以将叠前成像公式表示为Ipre(X)=OG(j*

7、7;xr,ct>)gw(xr,O>)(1)其中，Ipre（l）是最终的叠前偏移成像值。三维格林函数G&,Hr，3）可以由高斯束wGB（x,xr,pT»<v）的叠加积分来表ZKG（,Zr，3）=芸Jdpfs（了,命，,3）（2）如图1所示，Hill通过引入一个相位校正因子来补偿由于从3到束中心位置L=（LLy）引起的相位改变E】，最后可得补偿后近似的三维格林函数:G(x,xr,cu)e霎气*ugbM,L，A，Gexpu)pt(xrL)图1相位校正示意图Fig.1Sektchofphasecorrection当与离L较远时，公式（3）会存在一定的误差。为了减少误

8、差，如图2所示可以通过在束中心位置附近对接收到的地震记录加入一系列重叠的高斯窗，高斯窗函数具有如下性质：（AL束中心间隔）图2叠前高斯束偏移示意图Fig.2Sektchofpre-stackGaussianbeammigration堂IM（尝）由“（-图守2公式（4）中为束中心间隔，物为初始宽度，m为参考频率。先将公式（4）代入公式（1）中，从而确定一系列接收点束中心位置/cs(x)=8（）Strjdco普|<lrrdyru（xr,"GXexp（-）（5）*然后，将震源格林函数G（z,i,3）用公式（2）表示，束中心有效范围内的接收点格林函数GCz,%,s）用公式（3）表示，可

9、得Ics（z）=-矗（筒&奴司心日脚心心,3）Jjd久dp%（m，U)U)工“3)Xexp(|A»w)X|jdpdAytrGB(»LrA»w)expEkz>/>r(xrLr）J（6）最后将公式（6）化简可以得到下面的共炮点道集高斯束偏移公式Ics&)=-吾（半）限糖小作心却临场XUgB（H«，Ai，”）U场（Z，L,prW）Ds（L,pr，。）（7）其中，O,（L,0,3）为地震记录的加窗局部倾斜叠加Ds（L,pr,（o）=右%j|dj：rd3/ru（xr,s）expuopt（xrL）竺气户-Hale在1992年通过对比分析K

10、irchhoff.倾斜叠加和高斯束三种偏移方法，发现在时间域做高斯束偏移要比在频率域效率高，并给出了单个高斯束对地下成像贡献的时间域表达式”I/x.z）=再T,）（9）公式（9）中MTr,T.）为高斯窗内地震记录的倾斜置加结果，5（了为b（r，m的Hilbert变换，对a和B的双重积分包括了所有对成像点（XN）有贡献的接收点、炮点高斯束，而此时复值振幅四和走时了是由炮点和接收点的试射的高斯束共同决定的(如图2所示)，即满足如下关系：|T=Ts(a)+")、(_r,(10)A=As(a)+A&)/2其中，炮点用S表示，接收点用R表示，利用公式(9)和(10)可以实现共炮点道集叠

11、前高斯束偏移，具体算法流程如图3所示。2角度域共成像点道集通常速度分析以及AVO/AVA分析要在更为精确的叠前偏移成像后的道集上进行，即共成像点道集。共成像点道集一般分为炮检距域和角度域道集，考虑到高斯束偏移过程中携带有地下射线的传播角度信息的特点，因此角度域共成像点道集(AD-CIGs)可以直接利用这些角度信息进行提取得到顷通过在计算时选择Hill所给定高斯束的初始值，可以确保高斯束的振幅和旅行时在一个波长范围内是缓慢变化的，即在高斯束叠前深度偏移过程中可以得到平滑变化的走时表，因此可以直接利用网格点上高斯束的实值走时梯度来计算传播角度。在如图4所示的二维射线中心坐标系下，R处高斯束的实值走

12、时可以通过X处的走时进行计算，即T(R)=T(X)+*ReM(X)K(11)式中：n=(jcjrx)tKCz表示R在以X为图3共炮点道集叠前高斯束偏移流程Fig.3Flowchartofcommonshotpre-stackGaussianbeammigration原点的射线中心坐标系下法向方向的坐标；，和J分别表示射线单位切向量匕沿和z方向的分量。对公式(11)分别对Z和Z进行求导，并考虑到"=票和加=票，则分别可以得到水平和垂直慢度的表达式：PR）=/>,（X）+（J*（2zx）sReM（X）（12）p.（R'）=P，（X）+（HJ*x（2zx）"R<

13、;M（X）（13）最后可以通过公式（12）和（13）式得到的慢度分ht来求取成像点处的传播角度（射线同c轴正方向的角度），即7t+arctanarctan/>,V0."<0P，>0，"<0其他(14)通过（14）式在接收点和震源点分别计算出高斯束的传播角度后便可计算偏移张角从而将成像值移加到AIX'IGs所对应的位置。海底模型，该模型网格大小为801X401,纵横向采样间隔均为】0m.其速度场如图5所示。此模型中含有两个陡倾角的断层，断层两侧形成了高速的天然'（水合物储层,在左边的洼陷中存在一个低速含油气的储层.模型底部为陡倾角的侵入

14、岩体。利用有限差分正演模拟得到炮记录，观测方式为全接收方式,共61炮.炮间隔为100m.第一炮位于1000m处.每炮40】道接收.道间隔为20m3己录长度为3$时间采样率为4ms.图6（a）、（b）、（c）分别对应图5中红色震源处单炮记录结果。图4二维射线中心坐标系Fig.421)ray-centcrcdcoordinates图5包含陡倾角断层和岩体的典用海底模型Fig.5Typicalseabedmodelincludingsteepdipfaultandrockmass3模型测试本文设计了一个包含陡倾角断层和岩体的典型图6不同位置处单炮记录结果Fig.6Singleshotrecordat

15、differentlocations图7为利用高斯束叠前深度偏移方法对正演模拟得到的炮记录进行偏移得到的结果。分析成像结果发现该方法可以得到比较好的构造成像结果.不仅能够对海底高速的天然气水合物和低速的含油气储层进行成像.还能够对陡倾角的断层和岩体很好的成像。10004000I500E也20002 5003 0003500图7高斯束高楮度登前深度偏移成像结果Fig.7ResultsofGaussianbeampre-stackdepthmigrationwithhighprecision如图8所示.给出了图7中红框内偏移结果的局部放大显示。图8(a).(c)分别为左侧陡倾角岩体和中间陡倾角断层

16、的局部放大图，可以发现陡倾角构造都十分清晰。图8(b).(d)分别为低速含油气储层和高速天然气水合物储层的局部放大图，储层的轮廓可以清晰刻画，另外极性反转现象明显，为两种储层的识别提供了可籍依据。高斯束高精度存前深度偏移方法虽然能够对陡倾角构造进行成像.但是由于观测系统的原因，高斯束方法也未能很好地对中间的岩体侧翼及右边的陡倾角断层进行成像。如图9所示，分别为CDP=201、351、501、651对应的角度域共成像点道集。图8(a).(d)对应图6中两侧红色三角形位置，该处构造相对简单，基本为层状结构，对应的角度域共成像点道集也被拉平；图8(h)、(c)对应图6中向蓝色三角形位置.这两处对应的

17、构造其杂，含有陡倾角的断层及岩体，角度域共19OCDP901688.(b)低速含油气烷CDP(d)高速天然气水合物WI眼(a)陡倾布岩体CDP1015664251405(c)陡做角断层253590图8倡移结果局部放大图Fig.8Localmagnificationofmigrationresults角度/(°)角度/(°)2040200040005001000I500250030003500(a)CDP201处ADCIGs0300)35004000角度/(。)35004000(c)CDP501fttADCIGs(b)CDP=35I处ADCIGs角度，'(°

18、)20403 5004 000(d)CDP651处ADCIGs图9不同CDP姓角度域共成像点道集Fig.9AIX'KJsatdifferentCDP成像点道集也同样得到了拉平。由此可见即使在相对复杂的构造条件下.高斯束高精度棒前偏移成像方法的成像精度依然很高.保证了海底高质址的构造成像结果。4结论本文通过推导共炮点道集高斯束俭前深度偏移算子.实现了一种高斯束高精度叠前深度偏移方法，在实现成像方法的基础上，通过莺歌海盆地典型模型成像试算，得到如下几点认识：(1) 该方法可以直接提取角度域共成像点道集用于速度分析以及AVO/AVA分析；(2) 该方法不仅能识别海底高速天然气水合物及低速含油

19、气储层，也能对海底陡倾角断层及岩体构造准确成像，对海底成藏规律及运移模型的研究具有重:要意义；(3) 海洋资料一个明显的特征是多次波发育.高斯束方法采用复值走时，理论上可以很好地解决多次波成像问题.由于缺乏海洋实际资料，因此还需进一步研究高斯束方法在实际海洋资料中的应用。参考文献(References)1 陈渚.温宁.李学杰.南海油气资源潜力及勘探现状J.地球物理学进展2007.22(4)：1285-1294.CHENJie.WENNin_.IJXucjie.ThestatusoftheresourcepotentialandpetroleumexplorationofTheSouthChin

20、aSeaJ.ProgressinGeophysics2007.22(4)11285-1294.2金博.刘寰.李绪深.驾歌海盆地天然气底辟优势聚集规律及勘探意义J.吉林大学学报：地球科学版2009.39(2):196-204.JINBoLIUZhen.LIXushen.ThedominantprincipleonnaturalgasAccumulationofmud-fluiddiapirsandsignificanceonexplorationinYinggchaiBasinJ.JournalofJilinU-niverity(EarthScienceEdition)»2009.39

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24、uarereverselimemigrationinthehighprecisionimagingofnearsurfaceJJ.OilGeophysicalProspecting.2014,49(1)：107-112.8黄建平.张睛，张凯，等.格林函数高斯束逆时偏移J.石油地球物理勘探.2014.49(1):101-106.HUANGJianping,ZHANGQing,ZHANGKai,etal.GaussianbeamreversetimemigrationwithGreenfunction.OilGeophysicalProspecting.2014,49(1),101-106.、9K

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28、.杨继东.李振春，等.基于有效邻域波场近似的三维起伏地表高斯束正演模拟方法LJ.石油地球物理勘探，2015.50(5)：896-904.HUANGJianping.YANGJidong,LIZhenchun,etal.3DGaussianbeamforwardmodelingforruggedtopographybasedonwavefieldapproximationineffectivevicinityLJL-OilGeophysicalProspecting.2015.50(5)：896904.'_17HuangJ,JidongYang.LiaoW,etal.Commcn-sho

29、tFresnelbeammigrationbasedonwave-fieldapproximationineffectivevicinityundercomplextopographicconditions.J.GeophysicalProspecting,2015.64(3)1554-570.18 黄建平，袁茂林.李振春，等.双复杂条件下非倾斜住加精确束偏移方法及应用I声波方程J.地球物理学报，2015,58(1):267-276.HUANGJianping.YUANMaolin.LIZhenchun,etal.Theaccuratebeammigrationmethodwithoutsla

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31、sianbeammigrationforruggedtopography：Jj.OilGeophysicalProspecting,2015.50(3)：460-468.L21杨继东.黄建平.王欣，等.复杂地哀条件下登前诛涅尔束偏移方法J.地球物理学报.2015,58(10)：3758-3770.YANGJidong,HUANGJianping.WANGXin,ctal.PrestackFresnelbeammigrationmethodundercomplextopographicconditions。.ChineseJournalofGeophysics.2015.58(10),3758-

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34、rregulartopographicalconditionsJ.ChineseJournalofGeophysics.2016,59(6):2245-2256.24 黄建平，袁茂林，李振春，等.双复杂条件下弹性波罪倾斜凭加精确束偏移方法研究J.石油物探20】5,54(1),5663.HUANGJianping,YUANMaolin.LIZhenchun.etal.AnaccurateelasticbeammigrationmethodwithoutslantstackforcomplexsurfaceandsubsurfacegeologicalconditionfJ1.Geophysicalprospectingforpetroleum*2015>54(1)：56-63.ProtasovM.3DGaussianBeamImagingof3D3CVSPDataC/EageSaintPetersburgInternationalConferenceandExhibition.201