李 勤，李慶春，李永博

(1.西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院,陜西西安710054;2.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院,陜西西安710054;3.中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所,河北廊坊065000)

VTI介質(zhì)指具有垂向?qū)ΨQ軸的橫向各向同性介質(zhì)，作為一種典型的各向異性模型，在煤田及油氣勘探中具有一定的代表性，成為當(dāng)前研究的重要問題。實(shí)際上，許多學(xué)者對(duì)于VTI介質(zhì)中各向異性參數(shù)提取作過研究。從20世紀(jì)90年代至今，Alkhalifah[1]，Thomsen[2]，Abbad[3]等先后就VTI介質(zhì)反射波時(shí)距關(guān)系及各向異性參數(shù)提取問題開展研究。其中，特別是Alkhalifah[1]利用反射波非雙曲線時(shí)差公式對(duì)VTI介質(zhì)中的縱波各向異性參數(shù)進(jìn)行估算，同時(shí)估算動(dòng)校速度vnmo和縱波各向異性參數(shù)η，給出了一種經(jīng)典的分析縱波各向異性參數(shù)的方法和流程，一直沿用至今。近些年來，國內(nèi)學(xué)者也在不斷地將該方法應(yīng)用于實(shí)踐中[4-9]，其中，徐亦鳴等[5]將各向異性參數(shù)沿反射界面制作切片圖;羅省賢等[6]將提取的各向異性參數(shù)用于多波地震資料處理。總體而言，各向異性介質(zhì)中的各向異性參數(shù)提取技術(shù)仍需改進(jìn)，特別是對(duì)于弱各向異性情況，各向異性參數(shù)譜提取分辨率亟待提高。

我們針對(duì)各向異性參數(shù)譜的生成和識(shí)別問題，引入選擇性相關(guān)法，對(duì)各向異性參數(shù)譜的繪制方法進(jìn)行改進(jìn)，以提高參數(shù)譜的精度和分辨能力。

1 方法原理

1.1 時(shí)距曲線方程

各向同性介質(zhì)中反射波時(shí)距曲線是雙曲線形式，而實(shí)際地下介質(zhì)由于具有各向異性，其時(shí)距曲線方程變?yōu)榉请p曲線形式。VTI介質(zhì)中，非雙曲線形式的反射縱波時(shí)距曲線方程為[2]

(1)

式中：x為炮檢距;ηeff為縱波各向異性參數(shù);t為縱波雙程旅行時(shí);t0為雙程零偏移距旅行時(shí)。

1.2 選擇性相關(guān)法

Larner等[10]在疊加速度譜的計(jì)算中，提出了選擇性相關(guān)法;王立明等[11]用選擇相關(guān)求和提高了轉(zhuǎn)換波速度分析的精度。我們將選擇性相關(guān)法引入各向異性參數(shù)譜的提取計(jì)算中，對(duì)各向異性參數(shù)譜的繪制方法進(jìn)行改進(jìn)。

引入到各向異性參數(shù)譜中的選擇性相關(guān)求和公式為

(2)

式中：M是所選道集的總道數(shù);w是給定時(shí)窗;dj

為i-j的最小值，是j的函數(shù);dm是dj的最小值;im(j)≡j+d(j);fj,t(j),fi,t(i)分別為各道對(duì)應(yīng)時(shí)間的振幅;ptrial為試各向異性參數(shù)。

在各向異性參數(shù)譜計(jì)算中實(shí)現(xiàn)選擇性相關(guān)，首先要從道集中排除一些特定閾值的相關(guān)，選出有效的相關(guān)。在各向異性參數(shù)譜生成時(shí)，根據(jù)相關(guān)系數(shù)，只選擇道間時(shí)差大的相關(guān)作為有效的相關(guān)，將各道參與計(jì)算的重要性進(jìn)行重新估算，并將各道按照不同權(quán)重求和。經(jīng)論證，這樣做生成的譜圖能量團(tuán)更集中[12]。實(shí)際操作中，相關(guān)系數(shù)的選取可以采用試參數(shù)的形式，給定相關(guān)系數(shù)的范圍，按照給定間隔進(jìn)行相關(guān)求和，對(duì)比生成的譜圖，選取合適的相關(guān)，以獲得高分辨率的譜。

1.3 參數(shù)提取過程

各向異性參數(shù)提取的精度直接關(guān)系動(dòng)校正效果。Alkhalifah[1]，杜啟振等[8]和付強(qiáng)等[9]使用雙參數(shù)分析法或單參數(shù)分析法提取了各向異性參數(shù)，然而這些參數(shù)提取的分辨率不夠理想。為了改善參數(shù)提取的精度，我們提出以下各向異性參數(shù)提取的主要步驟。

1) 由于炮檢距較小時(shí)，所獲得的地震波疊加速度受各向異性的影響較小，所以，首先選取較小炮檢距數(shù)據(jù)。即當(dāng)炮檢距與深度比x/z<1時(shí)，通過速度譜掃描的方式獲取vnmo。

2) 當(dāng)存在大炮檢距時(shí)，各向異性對(duì)反射波旅行時(shí)的影響是非常明顯的，常使參數(shù)譜發(fā)散，造成動(dòng)校拉伸畸變。所以，當(dāng)炮檢距與深度比x/z>1時(shí)，利用(1)式時(shí)距曲線方程，并引入(2)式選擇性相關(guān)法，可識(shí)別繪制出更高分辨率的ηeff譜，以提高各向異性參數(shù)分析的精度。

2 理論模型測(cè)試

圖1為一個(gè)含薄層的各向異性理論模型，目標(biāo)層厚20m，埋深300m;各層的速度及各向異性參數(shù)見圖1。采用VTI介質(zhì)射線追蹤合成地震記錄，雷克子波主頻60Hz，最大炮檢距500m，合成的單炮記錄如圖2所示。由圖2可見，由于薄層的影響，薄層頂、底界面反射時(shí)差很小，常規(guī)方法難以提取分辨參數(shù)譜。

圖1 含薄層的各向異性介質(zhì)理論模型

圖3為分別采用常規(guī)方法和選擇性相關(guān)法計(jì)算的含薄層模型縱波各向異性參數(shù)譜。對(duì)比圖3a和圖3b可見，用常規(guī)方法得到的參數(shù)譜(圖3a)中只出現(xiàn)了一個(gè)能量團(tuán)，第2層薄層的參數(shù)能量團(tuán)發(fā)散，并與上覆地層信息聚為一體;而用選擇性相關(guān)法得到的參數(shù)譜(圖3b)中則清楚地顯示出了兩個(gè)參數(shù)能量團(tuán)，下部較小的能量團(tuán)正是薄層的體現(xiàn)，且能與上覆地層信息分離開來。

理論模型的正演模擬測(cè)試結(jié)果表明，引入選擇性相關(guān)法后得到的各向異性參數(shù)譜的分辨率明顯提高，能夠有效地識(shí)別出薄層信息。

圖2 各向異性介質(zhì)薄層模型合成單炮記錄

圖3 常規(guī)方法(a)和選擇性相關(guān)法(b)計(jì)算的縱波各向異性參數(shù)譜

3 實(shí)際資料應(yīng)用分析

對(duì)實(shí)際資料應(yīng)用本文改進(jìn)后的方法進(jìn)行各向異性參數(shù)分析試驗(yàn)。選取某探區(qū)實(shí)際地震資料，其觀測(cè)系統(tǒng)為每炮240道，道間距30m，采樣率2ms，采樣時(shí)間2000ms。圖4a給出了其中的一個(gè)原始單炮記錄;圖4b為對(duì)該炮集數(shù)據(jù)作預(yù)處理后再選排抽取的一個(gè)CDP道集(CDP430)，該道集共有61道。

為進(jìn)行各向異性參數(shù)分析，首先對(duì)CDP430道集中的小排列地震道進(jìn)行掃描，得到如圖5a所示的速度譜。再根據(jù)速度譜信息，采用本文改進(jìn)后方法對(duì)大排列數(shù)據(jù)進(jìn)行縱波各向異性參數(shù)提取，得到如圖5b所示的縱波各向異性參數(shù)譜。根據(jù)速度分析及各向異性參數(shù)提取的結(jié)果，對(duì)CDP430道集按各向異性方法動(dòng)校正(即同時(shí)使用速度和各向異性參數(shù)η=0.103進(jìn)行動(dòng)校正)后得到的道集如圖6a所示;圖6b為只對(duì)CDP430道集進(jìn)行各向同性法速度分析，然后按各向同性法動(dòng)校正(即僅使用速度參數(shù)進(jìn)行動(dòng)校正)處理的結(jié)果。對(duì)比圖6a與圖6b 可見，對(duì)于小偏移距的道來說，兩者的總體效果沒有太大區(qū)別，只是約1.5s處的同相軸在各向同性法動(dòng)校正道集上略有上翹(見圖6中A′與A處對(duì)比);而從大偏移距道的動(dòng)校效果來看，加入各向異性參數(shù)的動(dòng)校正后道集(圖6a)同相軸校平效果更好，畸變更小，尤其在約1.5s處同相軸可以看到較明顯的差別(見圖6中B′與B處對(duì)比)。

依據(jù)1.3節(jié)提出的各向異性參數(shù)提取步驟，對(duì)測(cè)線上的CDP道集按一定CDP間隔逐個(gè)進(jìn)行參數(shù)求取，表1列出了典型CDP道集的速度與各向異性參數(shù)分析結(jié)果。由表1可見，在測(cè)線CDP430～CDP830范圍內(nèi)，介質(zhì)各向異性參數(shù)在橫向上有微弱變化，ηeff從0.103逐漸變小再變大，變化量為2%～5%，表明該地區(qū)地層存在弱各向異性。

圖4 實(shí)際資料原始單炮記錄(a)和預(yù)處理后抽取的CDP430道集(b)

圖5 CDP430速度譜(a)和η參數(shù)譜(b)

圖6 各向異性動(dòng)校正(a)和各向同性動(dòng)校正(b)后的CDP430道集

盡管在弱各向異性介質(zhì)中，各向同性和各向異性兩種方法所得動(dòng)校正道集的差別不是很明顯，然而由于誤差的進(jìn)一步傳遞與累加，對(duì)后續(xù)的處理及成像會(huì)帶來明顯的差別。圖7是分別采用各向同性法和各向異性法得到的動(dòng)校正道集進(jìn)行疊加成像的剖面。對(duì)比圖7a和圖7b可見，相對(duì)于各向同性法得到的疊加剖面(圖7a)，采用各向異性參數(shù)分析法得到的疊加剖面(圖7b)目的層同相軸能量增強(qiáng)，連續(xù)性明顯改善，成像更為清晰。

表1 選定道集的速度與各向異性參數(shù)分析結(jié)果

圖7 各向同性參數(shù)分析法(a)和各向異性參數(shù)分析法(b)得到的疊加剖面

4 結(jié)束語

1) 在地下介質(zhì)存在各向異性時(shí)，大炮檢距的反射波僅用疊加速度難以做到完全動(dòng)校正，必須考慮各向異性參數(shù)的影響。傳統(tǒng)的各向異性參數(shù)求取方法，尤其在遇到薄層或小的目標(biāo)體時(shí)，難以獲得較高的分辨率。

2) 理論模型測(cè)試結(jié)果證實(shí)，將選擇性相關(guān)法引入各向異性參數(shù)譜的提取計(jì)算中，明顯地提高了縱波各向異性參數(shù)譜的分辨能力，使得薄層目標(biāo)的各向異性信息也能提取出來。

3) 弱各向異性地區(qū)實(shí)際地震資料的應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明，采用本文研究改進(jìn)后的方法，能夠減小大炮檢距地震道集的動(dòng)校拉伸畸變，改善復(fù)雜地區(qū)地震資料的成像質(zhì)量。

參 考 文 獻(xiàn)

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