袁　剛,王西文,雍運(yùn)動(dòng),趙萬金

(中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020)

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寬方位數(shù)據(jù)的炮檢距向量片域處理及偏移道集校平方法

袁剛,王西文,雍運(yùn)動(dòng),趙萬金

(中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020)

摘要:炮檢距向量片(offset vector tile,OVT)是一種新穎的疊前數(shù)據(jù)編排方式,當(dāng)?shù)卣饠?shù)據(jù)分選到OVT域后,地震資料的各種屬性特征表現(xiàn)得更加明顯,充分利用這些特征,可以改善噪聲壓制、振幅均衡、數(shù)據(jù)規(guī)則化等各種處理過程的效果。OVT道集偏移后的CRP道集(CRP gather after OVT migration,OVG)含有方位各向異性信息,同相軸隨觀測方位的變化而明顯起伏,典型表現(xiàn)形式是“蝸牛道”，可以用于方位各向異性研究。采用非剛性匹配(non-rigid matching,NRM)技術(shù)能有效校平“蝸牛道”,改善成像效果,提高AVO分析精度。實(shí)際的寬方位資料處理結(jié)果表明,經(jīng)過OVT域預(yù)處理和道集校平,其處理成果可以分析振幅隨傾角和方位角的變化(amplitude versus angle and azimuth,AVAZ),進(jìn)行分方位裂縫預(yù)測。OVT域處理是寬方位三維地震資料的一種有效的處理方法。

關(guān)鍵詞：寬方位;OVT;偏移;“蝸牛道”;非剛性匹配

近年來,寬方位高密度地震技術(shù)在石油勘探中的應(yīng)用越來越普遍,成為致密油氣藏、地層巖性油氣藏等復(fù)雜油氣勘探領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)方法之一,寬方位地震資料處理技術(shù)也因此成為國內(nèi)外資料處理研究和試驗(yàn)的熱點(diǎn)[1]。在各種寬方位地震資料處理技術(shù)中,炮檢距向量片(offset vector tile,OVT)處理技術(shù)因?yàn)橐子趯?shí)現(xiàn)、使用靈活、效果優(yōu)良,逐漸發(fā)展成為工業(yè)界地震資料處理的主流方法之一。

OVT的概念最早由VERMEER[2]和CARY[3]在研究寬方位數(shù)據(jù)觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)提出的,STARR[4]第1次生成了OVT道集,JENNER等[5]和WILLIAMS等[6]從中發(fā)現(xiàn)了這種方法在方位各向異性速度分析和研究地震振幅隨傾角、方位角變化特征(AVAZ)方面的價(jià)值。此后,國外開展了大量寬方位數(shù)據(jù)OVT域處理技術(shù)的系統(tǒng)研究,CARY等[7]提出了OVT域數(shù)據(jù)規(guī)則化的方法,VERMEER[8-9]系統(tǒng)地論述了OVT采集、處理的一些基本問題,至此,寬方位數(shù)據(jù)在OVT域處理技術(shù)在理論上基本成型。近幾年OVT處理在國內(nèi)逐漸引起重視。段文勝等[10-11]介紹了OVT的基本概念和數(shù)據(jù)處理概況,劉依謀等[12]在寬方位地震勘探技術(shù)新進(jìn)展中介紹了OVT域處理技術(shù)。本文以實(shí)際寬方位地震數(shù)據(jù)為研究實(shí)例,介紹了OVT域道集抽取方法，展示了OVT偏移后的CRP道集(CRP gather after OVT migration,OVG)“蝸牛道”現(xiàn)象，提出了用非剛性匹配(non-rigid matching,NRM)技術(shù)校平“蝸牛道”的原理和實(shí)現(xiàn)過程，用實(shí)例展示了OVT域處理和OVG道集NRM校平技術(shù)在改善地震成像和疊前裂縫預(yù)測方面的應(yīng)用效果。

1OVT域偏移的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

圖1a是中國東部某工區(qū)全方位三維數(shù)據(jù)的偏移距-方位角玫瑰圖,極坐標(biāo)中極徑為偏移距,極角為方位角,A,B,A′,B′ 4道位于一個(gè)同心圓上,具有相同的偏移距,且A,B,A′,B′之間分別相差90°。傳統(tǒng)的Kirchhoff積分偏移方法在共偏移距道集上積分求解,意味著圖1a中的同心圓上的所有地震道將一起輸入積分方程,偏移輸出只包含偏移距信息,無方位角信息。如：A,B,A′,B′ 4道中,A與A′,B與B′之間由于炮檢波互換原理可以輸出同一道,而A與B兩道之間正交,如果存在方位各向異性,那么A,B兩道之間地震速度和旅行時(shí)有細(xì)微差異,且地震振幅不同,這就是AVAZ現(xiàn)象。依據(jù)AVAZ現(xiàn)象可以進(jìn)行方位各向異性分析。實(shí)際上,我們?cè)谑褂脗鹘y(tǒng)的共偏移距積分求解時(shí),沒有考慮A,B之間的方位各向異性問題,對(duì)具有相同偏移距的同心圓上所有地震道積分輸出了一個(gè)加權(quán)的結(jié)果,從而失去了方位各向異性信息,偏移后的CRP道集無法用于方位各向異性分析。

OVT域偏移很好地解決了這一問題,OVT道集是一種有別于傳統(tǒng)的共炮點(diǎn)、共檢波點(diǎn)和共CMP點(diǎn)的新的三維地震疊前數(shù)據(jù)的編排方式,其實(shí)質(zhì)是對(duì)每個(gè)CMP,依據(jù)偏移距和方位角,將地震數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)分,編排成不同的OVT號(hào),抽取不同CMP的具有相同OVT號(hào)的地震道就可以形成新的OVT道集。如：將圖1a中A,B,A′,B′ 4個(gè)面元分別賦為OVT號(hào),則OVT號(hào)為A的地震道的偏移距范圍大約為1350～1400m,方位角大約為100°～110°。將三維工區(qū)內(nèi)所有CMP位于A點(diǎn)位置的地震道抽取出來,重新排序,形成OVT道集,那么OVT片號(hào)為A的OVT道集內(nèi)所有地震道偏移距都約為1350～1400m,方位角約為100°～110°。每個(gè)OVT道集從每個(gè)CMP中抽取了一道,因此每個(gè)OVT道集又是一個(gè)單次覆蓋的非零偏三維數(shù)據(jù)體,每道有相應(yīng)的Inline和Xline線號(hào),對(duì)應(yīng)特定的物理位置。如果觀測系統(tǒng)規(guī)則,覆蓋次數(shù)均勻,那么OVT道集的個(gè)數(shù)將近似等于覆蓋次數(shù)。

雖然根據(jù)CMP的偏移距-方位角玫瑰圖更易于理解和分析OVT,但在實(shí)際應(yīng)用中,OVT號(hào)的定義和編排是在十字交叉排列上進(jìn)行的。圖1b是圖1a 的全方位數(shù)據(jù)的一個(gè)十字交叉排列,坐標(biāo)原點(diǎn)是十字排列的中心,沿坐標(biāo)軸方向,按炮線距和接收線距的一半距離將十字交叉排列劃分成小面元,每個(gè)面元稱為一個(gè)OVT片,片內(nèi)的數(shù)字是對(duì)應(yīng)的OVT片號(hào)。顯然，每個(gè)OVT片的中心到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離就是這個(gè)OVT片的近似偏移距，面元中心與坐標(biāo)原點(diǎn)連線與y軸的夾角就是方位角。如果將所有十字交叉排列相同OVT片號(hào)的數(shù)據(jù)抽取出來，再按CMP號(hào)分選，就形成了一個(gè)OVT道集。圖1a中的A點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于圖1b中編號(hào)為41的OVT片，將全部三維數(shù)據(jù)中，每個(gè)十字排列上所有編號(hào)為41的OVT片抽取出來，再按Inline和Xline排序，就形成如圖1c所示的OVT道集，圖中的黃色箭頭即為每道的方位角。

圖1　全方位數(shù)據(jù)的偏移距-方位角玫瑰圖(a)、十字排列OVT劃分(b)和OVT道集平面顯示(c)

地震數(shù)據(jù)分選到OVT域形成OVT道集后,出現(xiàn)很多新的屬性特征[4],充分利用這些特征,可以用來進(jìn)行壓制噪聲、均衡振幅、數(shù)據(jù)規(guī)則化等處理,從而改善OVT道集的質(zhì)量,提高偏移效果。首先,一個(gè)OVT道集近似一個(gè)非零偏移距單次覆蓋數(shù)據(jù),因此,一些只局限于疊后的去噪方法得到解放,如三維徑向預(yù)測濾波、三維隨機(jī)噪聲衰減、中值濾波等方法,可以直接應(yīng)用于OVT道集,從而極大豐富了去噪手段。其次,OVT道集內(nèi)的地震道具有相近的方位角和偏移距,噪聲的能量、頻率等屬性特征更加明顯,分布范圍比較固定,因而比較容易實(shí)現(xiàn)開時(shí)窗處理,且每個(gè)OVT道集信號(hào)都有基本已知的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài),信噪分離變得更易實(shí)現(xiàn),因此OVT域壓制噪聲和振幅一致性處理效果都好于炮、檢、CMP域。此外,一個(gè)OVT道集基本覆蓋全三維工區(qū),每個(gè)道集內(nèi)道數(shù)是傳統(tǒng)炮檢域道數(shù)的數(shù)十倍,隨著樣本數(shù)的增大,基于統(tǒng)計(jì)效應(yīng)的各種隨機(jī)噪聲壓制方法,一般也能取得比傳統(tǒng)炮檢域更好的效果。與此同時(shí),OVT道集上地震道的物理位置更易確定,容易實(shí)現(xiàn)分區(qū)處理,且地震振幅能滿足緩慢變化的假設(shè),OVT片域的剩余振幅補(bǔ)償也是很好的選擇。

2OVG“蝸?！钡垃F(xiàn)象

疊前數(shù)據(jù)分選到OVT域后,可以采用各種傳統(tǒng)的共偏移距偏移方法進(jìn)行偏移成像,包括時(shí)間偏移和深度偏移。對(duì)所有的OVT道集逐個(gè)進(jìn)行偏移,獲得每個(gè)OVT道集的零偏移距成像道集,就完成了三維數(shù)據(jù)的OVT域體偏移,將OVG道集切除疊加后就形成了偏移疊加數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的共偏移距偏移的差別在于,共偏移距偏移沒有考慮方位各向異性現(xiàn)象,將相同偏移距不同方位角的所有地震道組合在一起進(jìn)行偏移,從而丟失了數(shù)據(jù)中包含的方位各向異性信息,而OVT域偏移,輸入偏移的每個(gè)OVT道集有特定的偏移距和方位角,每個(gè)OVT道集獨(dú)立偏移后,輸出的成像道集就是特定偏移距和方位角的地震響應(yīng),因此含有方位各向異性信息。

圖2a為圖1工區(qū)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)的共偏移距偏移的CRP道集,圖2b為相同數(shù)據(jù)的OVG,兩種方法使用了相同的偏移速度,使用了偏移參數(shù)完全一樣的Kirchhoff積分法偏移。兩種方法得到的道集總體趨勢一致,但局部細(xì)節(jié)存在差異,如：①共偏移距偏移的CRP道集的偏移距基本等間隔,每個(gè)偏移距只有一道,而OVG的偏移距不等間隔,相同偏移距內(nèi)有多道不同方位角的道;②共偏移距偏移基本校平,而OVG在總體道集校平的趨勢下部分道集不平;③兩種方法輸出的CRP道集覆蓋次數(shù)在一般情況下也不相同,共偏移距偏移輸出覆蓋次數(shù)由用戶確定的偏移距分組情況確定,而OVT域偏移則近似等于疊加覆蓋次數(shù)。

圖2　共偏移距偏移CRP道集(a)、OVG道集(b)和其“蝸牛道”顯示(c)及其經(jīng)NRM校平后的CRP道集(d)

圖1b中的紅線為一條螺旋線,OVT片號(hào)沿螺旋線從小到大逐漸增大,螺旋線的每圈有相似的偏移距,螺旋線每旋轉(zhuǎn)一圈,方位角360°循環(huán)一次。圖2c是將圖2b的OVG按照?qǐng)D1b螺旋線標(biāo)示的OVT片號(hào)排列后的顯示,按這種方式顯示的道集稱為OVG螺旋道,通常稱為“蝸牛道”。在圖2c中,隨偏移距(粉色線)的臺(tái)階狀增大,方位角(綠色線)呈周期性變化,明顯可見“蝸牛道”沒有完全校平,仔細(xì)觀察A,A′和A″3個(gè)不平的點(diǎn),可見3點(diǎn)具有相同的方位角,即在不同偏移距段上,隨著方位角的循環(huán)往復(fù),道集扭曲呈現(xiàn)規(guī)律性變化,在相似的方位角上扭曲趨勢一致。“蝸牛道”的周期性不平是方位各向異性的表現(xiàn),說明了地震速度和T0反射時(shí)間與方位角相關(guān)。

依據(jù)寬方位數(shù)據(jù)的OVG的這種特征研究地震各向異性,是OVT域偏移的主要用途之一。依據(jù)“蝸牛道”上T0反射時(shí)間隨方位角的變化特征,不僅可以計(jì)算出TTI各向異性參數(shù),進(jìn)行各向異性偏移以改善地震成像效果[5],還可以分析方位各向異性現(xiàn)象,以預(yù)測裂縫分布密度和走向[6,13-14],這是目前國際上OVT處理一個(gè)重要研究和應(yīng)用的方向。

3“蝸?！钡佬Ｆ椒椒?/p>

由于方位各向異性的影響,即使使用準(zhǔn)確的速度和適用的偏移方法,OVG也不能完全校平,這將對(duì)偏移疊加的成像效果和AVO反演造成很大的影響,校平OVG“蝸牛道”是OVT偏移必不可少的環(huán)節(jié)。

在各種道集校平的方法中,NRM是目前較常用的一種[14]。該方法使用的是類似于照片拼接的圖形圖像處理技術(shù)。當(dāng)要把兩張或多張照片拼接成一張寬畫幅照片時(shí),在照片重疊區(qū),同一景物的兩張照片之間,盡管宏觀輪廓基本相近,但由于拍攝角度和拍攝時(shí)間存在細(xì)微差別,照片間存在形狀拉伸和色彩偏差,需要對(duì)照片重疊區(qū)進(jìn)行匹配處理,以消除這種細(xì)微成像差異。校正方法是對(duì)同一景物的兩張照片的每個(gè)像素進(jìn)行相關(guān)匹配,計(jì)算出兩張照片間的成像形態(tài)差異,選取其中的一張照片作為參考和標(biāo)準(zhǔn),將另外一張照片的形狀進(jìn)行拉伸,色彩進(jìn)行校正,使兩張照片實(shí)現(xiàn)完全拼接。

OVG校平原理與此類似。每個(gè)OVT道集有特定的OVT號(hào)，也有特定的方位角和偏移距，近似于一個(gè)單次覆蓋剖面,相當(dāng)于是對(duì)地質(zhì)體的一次拍攝,偏移數(shù)據(jù)刻畫的地質(zhì)形態(tài)就是照片的景物輪廓,地震振幅值相當(dāng)于照片的色彩像素值。照片拼接需要校正由于拍攝角度差異造成的光學(xué)成像誤差,達(dá)到在不同拍攝角度使同一景物成像一樣的目的,而NRM則要校正不同OVT號(hào)間由于觀測方位角和偏移距差異造成的地震各向異性成像差異,達(dá)到在不同OVT號(hào)之間獲得相同地質(zhì)結(jié)構(gòu)的目的。NRM的實(shí)現(xiàn)過程如下。

1) 對(duì)OVG按CMP號(hào)分選,切除遠(yuǎn)偏移距動(dòng)?；儙?去除多次波后疊加,將疊加數(shù)據(jù)作為NRM的參考數(shù)據(jù),參考數(shù)據(jù)中的振幅看成三維像素,記為Sref(x,y,z,T)(變量x,y,z表示空間坐標(biāo),T表示兩塊采集數(shù)據(jù)之間的時(shí)移)。

2) 對(duì)某個(gè)OVT號(hào)的OVG單次覆蓋偏移數(shù)據(jù),每個(gè)振幅值的三維像素記為S(x,y,z,T),與Sref(x,y,z,T)進(jìn)行比較,搜索出Sref(x,y,z,T)中的每個(gè)樣點(diǎn)在S(x,y,z,T)中對(duì)應(yīng)的位置,計(jì)算出位移場d(x,y,z,T),位移場表征了由S(x,y,z,T)經(jīng)過怎樣的拉伸變形得到Sref(x,y,z,T)。最嚴(yán)格的搜索和計(jì)算位移場過程應(yīng)該在x和y方向同時(shí)進(jìn)行,但為簡單起見,并減少運(yùn)算量,目前一般只局限于Inline剖面,忽略了Xline,位移場d表示為：

(1)

如果位移場不是樣點(diǎn)的整數(shù)倍時(shí),可以通過線性插值得到,圖3a是圖2b的道集所在的Inline線的位移場。

3) 對(duì)位移場進(jìn)行編輯,刪除不正常的高頻變化。位移場估算時(shí)應(yīng)用了一種多解梯度技術(shù),位移場只是計(jì)算了兩個(gè)數(shù)據(jù)體之間像素的位置差異,有位移場相鄰像素間差異不大的假設(shè)條件,如果差異較大,則需要進(jìn)行編輯。數(shù)據(jù)處理中各種方法都可以用來編輯,比如平滑、大振幅剔除等。最常用的方法是低通濾波和中值濾波等。圖3b是圖3a位移場經(jīng)過編輯后得到的可直接應(yīng)用的位移場。

4) 利用經(jīng)過步驟3)優(yōu)化后的位移場,對(duì)OVG數(shù)據(jù)的所有樣點(diǎn)進(jìn)行校正。校正前、后的樣點(diǎn)值滿足：

(2)

式中:S(x,y,z,T)和Sm(x,y,z,T)分別表示校正前、后的數(shù)據(jù),可知,校正過程僅僅是對(duì)地震樣點(diǎn)位置的移動(dòng)。

5) 逐一對(duì)所有OVT號(hào)的OVG單次覆蓋數(shù)據(jù)重復(fù)步驟1)至步驟4)的過程,完成所有OVG單次覆蓋的NRM校正,并將校正后的道按CMP號(hào)分選,得到校平后的CRP道集。圖2d是圖2b的道集經(jīng)過上述校平處理后的CRP道集,對(duì)比可見消除了方位各向異性的影響,道集明顯平坦,可以提交解釋人員用于AVO反演。由于OVG上每道都有特定的方位角,因此,也可以用于AVAZ分析或基于振幅的方位各向異性研究。

進(jìn)一步將CRP道集切除疊加,就可以得到偏移疊加的成像數(shù)據(jù),顯然,與步驟1)中用作參考數(shù)據(jù)的疊加數(shù)據(jù)相比,經(jīng)過步驟5)處理后的道集更平,能得到信噪比更高的成像數(shù)據(jù)。

圖3　編輯前(a)、后(b)的位移場

4應(yīng)用實(shí)例

圖4　OVG偏移道集拉平前(a)、后(b)的疊加剖面

應(yīng)用本文所述的方法,對(duì)中國東部某工區(qū)的一塊全方位三維數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)際處理。圖4a為圖2b 的道集疊加結(jié)果,圖4b是圖2d經(jīng)過道集校平處理后的疊加結(jié)果,可見經(jīng)過道集校平后,信噪比明顯提高,斷層清晰,成像效果明顯得到了改善。

圖5a是本區(qū)分方位角疊加疊后裂縫預(yù)測結(jié)果,利用的是圖2d中OVT偏移且經(jīng)過OVG校平后的道集,將道集按方位角分成6個(gè)方位分別疊加,利用分方位疊后相干、曲率、傾角等屬性融合方法,可以分別預(yù)測6個(gè)方位裂縫走向和密度,圖5a為6個(gè)方位中的一個(gè),根據(jù)6個(gè)方位裂縫屬性之間的差異,可定性確定裂縫發(fā)育特征。圖5b是利用圖2c道集完成的基于疊前分方位角道集的疊前裂縫預(yù)測圖,利用OVT道集,構(gòu)建了各向異性、各向同性梯度,進(jìn)行AVAZ分析,估算了裂縫密度和走向。圖5c是綜合圖5a和圖5b完成的裂縫強(qiáng)度及走向預(yù)測展布圖,分布方向與地質(zhì)構(gòu)造相符,預(yù)測裂縫密度與井統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有較好的一致性,證明了OVT偏移道集用于裂縫預(yù)測的有效性。

圖5　分方位角疊加疊后裂縫預(yù)測結(jié)果(a)、AVAZ疊前裂縫預(yù)測結(jié)果(b)和裂縫強(qiáng)度及走向預(yù)測展布(c)

5結(jié)束語

1) OVT是一種新穎的疊前數(shù)據(jù)的編排方式,對(duì)于寬方位地震數(shù)據(jù),在OVT域進(jìn)行噪聲壓制、振幅均衡、數(shù)據(jù)規(guī)則化等,可改善處理效果,且OVT域偏移結(jié)果含有方位各向異性信息,是寬方位三維地震數(shù)據(jù)的有效處理技術(shù)。

2) OVG道集各向異性的典型表現(xiàn)形式是“蝸牛道”,采用NRM技術(shù)可有效校平道集,改善成像效果,提高AVO分析精度。

3) 依據(jù)“蝸牛道”上T0反射時(shí)間隨方位角的變化特征,計(jì)算出TTI各向異性參數(shù),通過TTI各向異性偏移校平道集,改善道集和成像質(zhì)量,是OVT處理的發(fā)展方向。

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(編輯：顧石慶)

Wide-azimuth data migration in OVT domain and OVG flattening

YUAN Gang,WANG Xiwen,YONG Yundong,ZHAO Wanjin

(NorthwestBranchInstitute,ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,CNPC,Lanzhou730020,China)

Abstract:Offset vector tile (OVT) is an entirely new prestack data arrangement means.Some attributes of seismic data are more evident when the seismic data sorted into OVT domain,so we could make full use of these features to improve the effects of noise suppression,amplitude balance,data regularization and so on.CRP gathers after OVT migration (OVG) contains azimuthal anisotropy information,so it fluctuates in pace with the azimuth varying,a typical manifestation is so called ‘snail trace’.Using non-rigid matching (NRM) technology can effectively flattening this kind of fluctuates in gathers so as to improve the accuracy of imaging and AVO analysis.The results of real wide-azimuth seismic data processing show that the CRP gathers after OVT migration and flattening could meet the requirements of the sub-directional fracture prediction and AVAZ analysis.OVT domain processing is an effective approach for wide azimuth three-dimensional data.

Keywords:wide-azimuth,OVT,migration,“snail trace”,non-rigid matching

文章編號(hào)：1000-1441(2016)01-0084-07

DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2016.01.011

中圖分類號(hào)：P631

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

基金項(xiàng)目：中國石油天然氣股份有限公司油氣勘探重點(diǎn)工程技術(shù)項(xiàng)目(2013-03-06)資助。

作者簡介：袁剛(1975—),男,高級(jí)工程師,現(xiàn)主要從事地震資料處理工作。

收稿日期：2014-12-12;改回日期：2015-04-28。

袁剛,王西文,雍運(yùn)動(dòng),等.寬方位數(shù)據(jù)的炮檢距向量片域處理及偏移道集校平方法[J].石油物探,2016,55(1):-90

YUAN Gang,WANG Xiwen,YONG Yundong,et al.Wide-azimuth data migration in OVT domain and OVG flattening[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2016,55(1):-90

This research is financially supported by CNPC Oil-gas Exploration Major Engineering Technology Project (Grant No.2013-03-06).