0 引言

断层阴影区域就是断层下盘不可靠的三角地震成像区域.在时间偏移成像剖面中，该区域出现同相轴扭曲错断和振幅变弱现象(Trinchero, 2000)，地层的同相轴表现出上翘和下凹，但是不能确定其实际地层的真实构造(Fagin, 1996)，很多在该构造高点上的井都是干井，在生产上造成很大的资源浪费.由于断层阴影问题，使得断层附近成像成为一个难题.在目前的勘探中，断层阴影在各式断层的成像中都会出现，严重影响和制约复杂断块区域的成像问题.Fagin和Trinchero最早提出和讨论了断层阴影问题(Fagin, 1996; Trinchero, 2000).Derek等人采用叠前深度偏移方法解决断层阴影取得较好效果(Gochioco et al., 2002; Quigley et al., 2012).然而，精确的速度建模方法制约着PSDM的成像精度(Birdus, 2007; 潘兴祥等，2013; 杨晓东等，2015).为了解决上述问题，目前常用处理方法是采用基于层位约束的层析建模方法进行叠前深度偏移(武磊彬和徐奭，2009；李晶等，2011；万欢等，2011；郭树祥，2013；司卫等，2014).该速度建模方法能够充分考虑地震和地质信息，联合地层倾角、同相轴连续性、信噪比等多种信息进行速度反演，减少反演的多解性，具有应用方便和计算速度快的特点(曹丹平等，2009；李慧等，2013; 杨晓东等，2015).但是该技术受方法原理的限制，难以准确刻画断层区域的速度情况(刘爱群等，2013; 玄长虹，2013)，使建立的速度模型不准确，不能满足断层构造准确成像的要求.因此，未能有效解决断层阴影问题.

本文经过一系列研究，采用基于层位和断层约束的速度建模方法实现复杂断块区域精细速度场的建立.具体步骤为：首先利用层析成像的层速度建立一个初始的区域速度体，再运用层位和断层数据逐步进行各种速度异常因素的约束和校正，得到接近地下实际情况分布的三维层速度场，并进行迭代更新和修改.最后将结果应用于叠前深度偏移的成像中，取得较好的效果.

1 层析成像速度建模基本原理

层析速度反演是利用层析和偏移交替迭代法进行速度反演.该方法精度较高，计算稳定，是深度域速度建模的有效方法之一(陈新荣，2007).层析反演由于原理简单，对初始模型依赖性较弱，计算效率高，应用最为广泛(潘兴祥等，2013；白雪等，2015).目前主要应用的是基于射线理论的层析成像方法.

二维情况下，由Snell定律和相关角度关系，可以得到描述射线参数域共成像点道集的深度剩余量公式为(李振春，2011)：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

其中，z_m为偏移深度，u_m为偏移慢度，u为真慢度，p_h为局部射线参数，α_m为成像点局部地层倾角.由公式(1)至公式(5)可以得出如下结论：对于地层倾角为零的情况，速度偏大或者偏小，深度剩余量公式都是收敛的.随着地层倾角的加大，公式收敛性降低，导致层析反演具有多解性，使速度模型的精度降低.

在层析反演中，观测数据和速度模型的走时时差可以通过慢度差沿射线路径的线性积分得到，即：

(6)

其中，Δt为走时残差向量；dl为沿着射线路径上的射线长度；Δs为速度模型和真实模型的慢度差向量.采用网格化后，得到层析反演公式为(白雪等，2015)：

(7)

离散形式为

(8)

其中，i表示第i条射线，j表示速度模型的第j个网格，l_ij表示第i条射线在第j个网格内的射线路径，Δs_j表示第j个网格的慢度更新量，Δt_i表示第i条射线的走时扰动.

为了提高反演的精度，通常采用常规井数据或者层位数据作为约束层析反演方法.使井位置处或者层位置处的慢度在速度更新过程中保持不变.公式为

(9)

其中，井或者层位所在位置处的Δs_i=0保持不变.求解上述线性方程组可以得到慢度的变化量，需要经过多次迭代，迭代估算出一层的参数就开始进行下一层的更新.最后得到层析后的速度模型.

然而，由于射线层析方法的高频近似，只有偏移剖面中的大幅构造才能在速度场中得到体现，一些微幅构造如断块等无法得到准确描述，与真实速度模型吻合度不够.因此，常规方法中的约束条件无法实现高精度层析速度建模，对于断层等因素的影响没有较好的解决办法，使得复杂断块所在区域的速度精度依然不准.

2 基于层位和断层约束的速度建模方法

三维叠前深度偏移的速度建模是对多种地质信息进行综合分析的过程，常规处理过程中一般不能提供足够精确的速度模型(万欢等，2011；郭树祥，2013；司卫等，2014)，为了解决成像剖面中断层阴影的负面影响，必须采用更加高精度的速度建模技术.本文提出的基于层位和断层约束的建模方法以网格层析建立的速度场为初始速度，用层位和断层作为约束，提高速度反演的精度.

网格层析成像利用走时优化速度误差，在层位的约束下，网格层析反演能很好的考虑地层倾角的影响，建立精度较高的速度模型.然而，层析反演建模过程中，出现以下几点问题：(1)未充分考虑层位与断层的交切关系，如图 1a所示，没有断层约束，地层在断层位置平滑穿过；有断层约束，层位在断层左右截断出现错断，如图 1b所示.(2)对地层与地层之间的关系也只是粗略认识为整合关系，如图 2a所示.然而，地层在不同的地层交切关系下，其构造模型是不同的如图 2所示.(3)对于断层和断层的交切关系也未有判断和定义.上述问题的存在，导致在断层区域对速度横向分布的影响不能够很好的控制，对于断层两侧的速度突变特征不能很好的刻画(陈宝书等，2001；Gray，2002).因此，层析反演得到速度模型后，需要进一步优化，从而使建立的速度模型与地下真实情况更加相符.

网格层析较常规层析方法而言，能够建立精度较高的速度模型，但是没有考虑断层对速度分布的控制因素，而断层控制的速度建模方法利用层位和断层对插值过程进行控制约束，对于层位-层位交切关系，断层-断层交切关系，以及断层-层位交切关系都进行充分的认识和考虑，从而建立的模型和实际情况相符，得到的速度模型与实际情况较为匹配.因此，新方法建立的速度模型能够有效满足断层区域内解决复杂地质情况的需要，如图 3所示.

为建立出符合真实地质情况的速度模型，必须要建立正确的构造模型.在复杂断块区域，首先应该依据层位沉积规律，对层位做出正确的判断(整合面、剥蚀面、基底、不整合面).同时根据工区的实际地质情况，考虑地层与地层之间的接触关系，划分地质层段，并根据层位和断层的关系，断层和断层的关系，建立符合地质情况的构造模型.

常规速度建模产生的速度误差，其主要原因是其忽略了断层两侧速度的突变而进行连续插值(Birdus and Artyomov, 2010)，如图 4所示.而实际情况中，由于地层地质年代不同、对接岩性不一致等原因都将引起断层两侧速度突变(Zdraveva et al., 2012).本文提出的基于断层和层位约束的速度建模方法，在断层和层位的约束下，速度插值将不能跨越断层进行插值，断层两侧的速度将更符合实际情况，如图 4b.通过对地层与地层的接触关系进行设置，建立断层和地层的交切关系，将速度数据采样并插值赋予构造模型，在构造模型的约束下，得到准确的速度模型(Birdus, 2007; Riis et al., 2008; Rodriguez et al., 2011).因此，基于断层和层位约束的建模方式将更加符合实际情况，生成的速度模型也更准确.

准确的叠前深度偏移成像结果，核心是建立准确的层速度(Fagin, 1996; Birdus, 2007; Hardwick and Rajesh, 2013).基于断层和层位约束的建模方法能够很好的描述地层倾角和断层两侧速度变化的特征.因此，在对实际数据处理过程中，采用该方法建立工区准确的层速度模型.采用基于层位和断层约束的速度建模流程如图 5.

在上述流程中，重点是建立符合真实地质情况的构造模型.后续的速度插值将以构造模型作为约束完成整个工区的速度插值.采用基于层位和断层约束的速度建模步骤为：

(1) 建立构造模型.该步骤以解释的层位数据和断层数据为基础，先建立整个工区的构造模型.在建立构造模型中设置好地层之间的接触关系，以及地层和断层，断层之间的交切关系.

(2) 速度采样.提取初始层速度体中的速度值，将其作为速度插值的种子点.在进行速度提取的过程中，要避开速度不准确的区域(比如断面所在的位置).速度提取完成后，将速度种子点赋给构造模型的网格点.

(3) 速度插值.选取合适的插值算法，在已有的速度种子点基础上，完成工区内的速度插值.

(4) 深度偏移.通过检查偏移道集的校正情况和剖面的成像质量，完成构造模型和速度模型的更新，使最终的速度模型和地下实际构造相符，进行偏移成像.

3 实际数据处理

南海某区块资料断层多且复杂，断层阴影现象较为发育，如图 6所示.断层阴影的存在，对断层左右的构造形态以及对其位置的判断带来很大的负面影响，使目的层深度预测与实钻数据之间存在较大误差.这给后续的解释、开发工作造成极大困扰.为解决这一难题，本文采用基于层位和断层约束的新速度建模方法来建立并优化工区的速度模型，由于实际数据信噪比较低和其他限制，采用kifchhoff积分法PSDM测试建模效果.实际结果表明：该方法能很好的刻画断块区域的速度精度，极大改善断块区域的成像质量.

3.1 速度建模

在此次建模过程中，从区域的地质认识和沉积模式出发，了解该地域的速度横向分布特征.在已有解释层位数据的基础上，结合断层数据，并选择合适的层位断层建模方式和速度插值算法，以便更加合理的表达岩性、物性等对速度分布的影响关系，从而得到准确的速度模型，如图 7.

模型在进行速度插值之前，还需要分析工区速度规律，提取正确位置处的速度种子点以供后续速度插值.此次建模，根据建立的模型网格对速度进行校正，同时在在层位、断层的约束下，减少速度插值的任意性，从而使得到的介质速度模型尽可能的符合地下真实情况，如图 8所示.

3.2 偏移成像

建立基于断层和层位约束的速度模型后，对实际数据进行叠前深度偏移，以下是处理结果的对比与分析.

由图 9和图 10的对比可以发现，重处理后地震资料效果改善明显，断层阴影得到了改善.老资料成果中的虚假构造高点，在新成果中得到消除，深度域的新处理成果恢复了地下地层的真实构造，地层同相轴扭曲错断的现象消失.同时新处理成果中，断层成像更清楚，断层归位更准确，更加有利于后续的解释以及断层圈闭评价工作.以上成果数据表明：采用基于层位-断层约束的速度建模方法进行叠前深度偏移，能够有效消除断层阴影带来的负面影响.

4 结论

在叠前时间偏成像剖面中，断层阴影区内的构造高点往往是不真实的，给后续工作的开展带来很大的负面影响.通常情况下，采用基于层位的网格层析建模方法进行叠前深度偏移，能解决部分问题.本文通过三维实际数据测试，在叠前深度偏移中采用基于断层加层位约束的建模方法，能有效解决断层阴影问题.该速度建模方法能提高初始速度模型的准确度，提高断层区域的成像精度.同时减少偏移过程中速度建模的迭代次数，提高生产效率.在深度偏移过程中采用新的速度建模方法，可以有效改善整个资料成像质量，有效解决成像剖面中的断层阴影问题.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！