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摘要：海洋OBN資料的速度建模與陸上資料速度建模的技術思路有很多相似之處，但一個較大的區別在于陸上資料存在低降速帶的影響，需對近地表速度進行精細的刻畫，以減少淺層速度異常給深層成像帶來的影響；海洋資料雖然省去了風化層的干擾，但海水速度的空間變化同樣值得研究。在淺水地區，海水速度隨空間的變化量都相對較小，而對于深水區以及水深變化劇烈的區域，海水速度的變化就必須加以考慮。本文分別介紹了時間域和深度域水速處理的不同方案，并著重介紹了深度域水體速度模型構建的三種常用方式，同時總結了obn資料速度建模時判定水速模型是否準確的標準。利用野外測量數據開展水體速度建模的方法，更加接近于實際，其構建的水速模型是隨空間變化的。最后通過應用實例表明該方法的有效性和實用性。
關鍵詞：OBN速度建模；水速變化；聲速剖面
1引言
海底節點（OceanBottomNode，簡稱OBN）采集的地震數據具有寬方位、長偏移距和豐富的低頻信息等拖纜數據無法比擬的優勢，逐漸取代海洋拖纜勘探成為海洋勘探行業的重要發展趨勢，可以為油田開發提供更高精度成果資料，因此對處理技術的精細程度要求更高，尤其是深度偏移建模。陸上資料往往涉及速度橫向劇烈變化的近地表問題，海洋資料雖然不受復雜低降速帶的影響，但水體速度的變化嚴重影響資料品質，處理中必須首先進行水體速度建模。海洋OBN采集的施工周期比較長，往往持續數月甚至更久，一方面受潮汐影響水層厚度發生變化，另一方面受海水的溫度、鹽度等因素變化影響水速也回發生變化，進而引起地震波場變化，導致震源和接收器之間的射線路徑不同影響地下成像。時間域的靜校正處理只能解決水速隨時間的變化量，而水速在空間上的變化需要通過精細的深度域速度建模來解決。本文首先分析了影響水速變化的因素，并介紹了如何在時間域對水速變化進行校正，最大程度上減少水速變化帶來的成像問題；然后著重分析了深度域開展水速建模的三種方案以及相關的質控方法；最后通過實際資料應用證明了用野外測量的聲速資料開展深度速度建模的可行性和可靠性。
2水速變化因素分析
海水速度的變化與溫度、深度（壓強）和含鹽度等因素有關。在淺水區中，海水速度沿橫向和垂向的變化都很小，水體厚度變化也不大，因此可以假定海水的聲波速度為常數。而在深水區中海水的速度沿著垂直方向有較大的變化，因此在深水油氣勘探中必須要考慮海水速度隨深度等因素的變化。從計算海水速度常用的經驗公式[1]來看：C=1449.2+4.6-0.055T^2+0.000029T^3+(1.34-0.01T)(S-35)+0.016Z海水速度變化與溫度T、含鹽度S以及深度Z（壓強）密切相關。盡管在同一海域，不同深度以及不同位置處的海水速度都會存在差異；隨著季節的更迭同一位置處的水速也會變化。因此在持續數月的野外采集過程中，經常會遇到相鄰的兩條航線由于采集時間的不同，水溫隨季節發生了變化，從而使得水速發生變化，導致相鄰采集線束出現時差。通過野外實測的水速，我們已經了解到海水速度隨深度和空間位置都在變化，圖1展示了不同海域的水速隨深度變化的趨勢，可以看出由淺到深的水速不呈現單一的正梯度或者負梯度變化，且在不同的海域存在差異。值得一提的是，這僅是某一時間點的一個特定位置處水速變化趨勢，隨著季節等多種因素的變化，這一趨勢也會出現細微的差別。在開展水速校正前，應先確保完成潮汐校正，解決由于水層厚度變化引起的時差問題，以減少在后續水速校正和建模中的誤差。根據理想水速計算的海底反射時間與實際記錄的初至時間之差，可以對不同偏移距數據開展水速校正。而理想水速可以是工區內統計的常速水速，也可以是一個隨深度變化的函數。通過聲速剖面或不同水深處記錄的平均水速，可以擬合出水速隨深度變化的曲線，作為水速校正的理想水速。
3深度域水速建模
對于海洋資料的速度建模，沒有了由風化層導致的速度橫向劇烈變化，困擾陸地資料建模的一系列近地表問題就不存在了，但要獲得可靠的成像，依然要對水體速度進行精確的建模。在前期的時間域處理過程中，我們將水溫變化當作“水體靜校正”來處理，通過水速校正技術消除了不同采集時間對海水速度變化的影響，而不同深度、不同位置等其他因素對水速變化的影響，則通過深度域速度建模來解決。
3.1水體速度建模
在深度域水體速度建模時，有多種方案可以選取。其中最簡單的就是用不同的常數水速來進行掃描，通過海底的剩余沿層譜可以選出具有更優成像效果的海水速度，如圖2所示，對于該資料選取水速1537m/s可以適應大部分區域的水速變化，但對于圖中右邊區域明顯存在單一水速值不能使剩余沿層譜聚焦和拉平的效果。因此對于深水情況，特別是海底深度變化劇烈的地方，常數水速不能適合所有位置，這也會導致海底成像的深度發生偏差。為了更精確的構建水體速度模型，通過拾取控制線的海底剩余沿層譜，達到校平海底反射同相軸的效果即可，這時的水速模型是橫向變化但垂向不變的，這一速度是等效的水層速度（圖3c），在很多情況下其偏移結果等效于用實際水速偏移的結果[2]。但在實際的海水環境中，由于受到海水溫度、鹽度和壓力等因素的影響，水的聲波速度會出現明顯的變化，同時深水區中海水速度差異會導致深層成像誤差，因此在速度建模時，我們更傾向于構建一個接近于真實水體變化的模型（圖3a），即在空間上變化的水速。隨著海洋勘探的發展，海洋觀測的儀器設備也得到了長足的進步，在多數勘探區域，人們已經可以通過聲吶設備等對勘探水域的速度進行精確的測量[3]。聲速剖面（SoundVelocityProfile,SVP）是指某一位置處聲速隨深度變化的水層切面，表示聲速隨深度的函數關系[4]。通過聲速剖面等相關的水速資料，我們可以掌握勘探區域水速變化情況，并進一步刻畫水速以開展精細的地震資料處理工作。在工區內利用聲吶或多波束測量等方式可以對水速進行一定空間密度的深度采樣，基于上述聲速剖面即可建立復雜水體速度模型，在這一基礎上再對水速進行適當調整則可完成水體速度模型的構建，這一方法構建的水速更加吻合真實情況。
3.2水速建模的判定準則
判定水體模型是否準確的條件非常多樣，最基礎的是查看偏移后的道集海底部分是否拉平。另一種方式是對比檢查深度偏移的海底成像深度和其他方法所計算得到的海底深度（海底旁掃或節點深度測量等）是否存在誤差。而對于OBN資料，還有另一種更為簡單的方法，由于上行波和下行波偏移旅行時所走過的路徑唯一差異在于，下行波在海水中多傳播了一次（圖4），雖然上行波的海底部分無法成像，但通過對比上行波場和下行波場深層的成像深度誤差，也可以對海水速度是否準確進行有效的質控。圖5展示了兩種不同水速偏移后的上、下行波場成像深度對比，其中圖5a和5b分別是水速不準時上行波偏移和下行波偏移結果對比，可以看出存在一定的深度誤差，在此基礎上對水體速度進行微調，再次用調整后速度分別進行上行波偏移和下行波偏移得到圖5c和5d的結果，這時二者深度一致，也證明了海水速度的準確性。
4應用效果
在國外某OBN數據速度建模中，我們利用聲速剖面數據進行水體速度建模。該工區水深變化較大，范圍在60～980m之間，既有較為平緩的海底區域，也存在島礁等導致海底變化劇烈的區域。OBN采集共用時13個月，時間跨度較大，采集的數據中海水速度變化也較大。野外采集時分別對海底旁掃和SVP數據進行了測量，因此可對水體速度進行精確的刻畫，首先用常速掃描選取了常數水速1518m/s構建簡單的水體速度模型（圖6a），再利用SVP數據構建空變的水體速度模型（圖6b），仔細對比兩種不同方式建立的速度場，從其速度分布規律來看，用SVP構建的模型更接近于實際，接受度也更高。但值得注意的是，野外測量的SVP數據通常需要經過室內的平滑及速度修正處理才可真正用于建模。隨后分別用兩種水速模型對數據進行疊前深度偏移成像得到圖6c和6d的結果。圖6c是用常數水速偏移的結果，其偏移海底位置（紅色曲線標出）與野外測量的海底旁掃數據（藍色曲線）存在一定的誤差，這些誤差會在深層的成像中不斷放大，圖6d則是通過SVP數據構建并校正后的速度偏移的結果，其海底深度與測量的海底旁掃數據（藍色曲線）吻合較好，證明圖6b所示的海水速度模型是準確的。
5結論
本文介紹了深水OBN資料水速模型構建的方法和判定標準。通過野外測量的水速數據，可以構建水體速度模型用于深度域速度建模，實際資料證實該方法優于常數水速模型，其刻畫的模型比沿層拾取的等效水速模型更加接近實際，也更加合理，具有良好的推廣價值和應用前景。
作者：張苒 王偉 曾慶芹 汪策 胡鑫 單位：中國石油東方地球物理公司