祝媛媛，陳　楠

（中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院，江蘇南京211103）

基于VTI介質(zhì)的疊前偏移成像技術(shù)研究

祝媛媛*，陳楠

（中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院，江蘇南京211103）

通過對各項異性介質(zhì)縱波成像問題的研究與分析，針對各向異性VTI介質(zhì)中的速度分析、各項異性參數(shù)的求取及疊前時間偏移方法進(jìn)行了探討，并通過在實(shí)際資料的處理應(yīng)用，取得了良好的成像效果。

各項異性；速度分析；疊前時間偏移

隨著分析地震數(shù)據(jù)方法的發(fā)展，各向同性地球介質(zhì)模型已逐漸不能滿足研究的需要。而各向異性的特性在地震介質(zhì)中幾乎普遍存在，它對地震數(shù)據(jù)的影響必須考慮在內(nèi)。其中一個最緊迫的要求是能對各向異性介質(zhì)地震成像。

在垂直入射情況下，反射時差的Taylor展開∶

常規(guī)處理中，基于水平層狀介質(zhì)假設(shè)，反射波時距曲線為雙曲線。加入四次項的高階方程也不能解決各向異性問題。

Kirchhoff疊前時間偏移常常用雙曲線旅行時近似法完成。該方法可以精確地進(jìn)行均勻常速介質(zhì)方面的校正［1-3］。對于各向異性介質(zhì)，需要更復(fù)雜的旅行時方程。

Kirchhoff疊前時間偏移假設(shè)不同散射點(diǎn)的速度函數(shù)不同，但偏移到該散射點(diǎn)的所有輸入道的速度函數(shù)不變。這樣，用射線追蹤計算繞射旅行時無需增加太多用于疊前時間偏移的成本，即使各向異性VTI介質(zhì)也如此?？v波的VTI射線追蹤算法需要3個參數(shù)：P波垂直層速度Vp及各向異性參數(shù)ε和δ。

因此，各向異性介質(zhì)的成像問題的重點(diǎn)是速度和各向異性參數(shù)的求取及考慮介質(zhì)各向異性的偏移算法。

1　偏移前數(shù)據(jù)優(yōu)化

對于各向異性介質(zhì)成像，偏移前的數(shù)據(jù)優(yōu)化非常重要，沒有好的數(shù)據(jù)優(yōu)化，就不可能產(chǎn)生好的處理效果。例如沒有多次波的壓制，密點(diǎn)參數(shù)場的自動拾取就會產(chǎn)生大量冗余或錯誤的結(jié)果。

因此在偏移前進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化是必要的。用以下幾種措施進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化是必要的：

（1）幾何擴(kuò)散補(bǔ)償、地表一致性振幅補(bǔ)償和剩余振幅校正相結(jié)合補(bǔ)償?shù)卣鸩▊鞑ミ^程的能量損失和資料在炮間和道間的能量不一致；

（2）疊前提高分辨率處理技術(shù)，并合理匹配拼接資料頻率；

（3）疊前復(fù)合多域去噪技術(shù)在疊前有效去除資料的噪音和干擾；

（4）三維折射靜校正和剩余靜校正解決近地表問題；

（5）面元均化和疊前道內(nèi)插技術(shù)使網(wǎng)格數(shù)據(jù)規(guī)則化。

1.1振幅處理技術(shù)

地震波在傳播過程中，由于介質(zhì)的吸收和能量的衰減，使得其能量隨深度和傳播距離的增加迅速衰減，反映在地震記錄上，表現(xiàn)為深層和遠(yuǎn)偏移距反射波的能量非常弱，不利于進(jìn)行處理分析，因此處理中必須采用合適的方法對反射波的振幅進(jìn)行處理控制，使其滿足各種后續(xù)處理的要求，我們在處理中可以采用地表一致性振幅控制技術(shù)，包括疊前能量一致性與剩余能量補(bǔ)償技術(shù)來解決激發(fā)和接收條件的不同造成的區(qū)塊內(nèi)炮間及道間能量差異問題和深層有效信號能量弱，信噪比較低的問題［4-6］。

1.2疊前提高分辨率技術(shù)

為了有效壓縮地震子波，提高地震資料的分辨率，并使記錄在頻率、相位和極性上匹配，首先應(yīng)對不同資料進(jìn)行頻率、相位和極性的定量分析，科學(xué)地統(tǒng)計反褶積因子，求取合適的預(yù)測步長、算子長度和相位延遲，在此基礎(chǔ)上做反褶積處理［7］。通過反褶積的應(yīng)用，使資料的頻率得到比較理想的提高，同時又合理控制了高頻噪音的產(chǎn)生，提高資料的分辨率。

1.3疊前復(fù)合多域去噪技術(shù)

對于疊前時間偏移處理來說，疊前道集的好壞決定成像的效果。因此，在偏移處理前進(jìn)行噪音壓制是必須的，主要包括針對性的疊前去噪技術(shù)，例如野值壓制、線性噪音、多次波、面波壓制等。

1.4靜校正技術(shù)

在實(shí)際資料處理過程中，為了解決近地表問題，采用了三維折射靜校正和分頻迭代剩余靜校正技術(shù)來進(jìn)一步提高疊前道集的質(zhì)量，為下一步的疊前偏移處理工作打下基礎(chǔ)。該項處理技術(shù)是增加連續(xù)性、提高成像質(zhì)量的有效手段。經(jīng)過多次迭代處理，確保全區(qū)靜校正延遲誤差收斂。

1.5面元均化和疊前道內(nèi)插技術(shù)使網(wǎng)格數(shù)據(jù)規(guī)則化

偏移距分布不均勻造成某些成像信息的缺失以及產(chǎn)生偏移噪音，使得各項異性研究面臨更大困難。改善這種狀況的方法就是疊前地震數(shù)據(jù)歸一化處理。首先對偏移距進(jìn)行歸一化組合處理，即做好面元均化。然后利用迭前F-K-XY域的道內(nèi)插技術(shù)把整個工區(qū)的數(shù)據(jù)插成等間距的網(wǎng)格，這樣既達(dá)到了偏移距均勻化的目的，也能保證插值后的地震道集效果較理想。

2　各向異性介質(zhì)速度分析

對于各向異性介質(zhì)，反射為非雙曲線型，同相軸的聚焦僅用時差速度場是不夠的。Tsvankin和Thomen （1994）提出如下非雙曲時差方程：

在VTI介質(zhì)中，P波反射時差基本上只受垂向速度V及各向異性參數(shù)ε和δ控制，引入等效各向異性參數(shù)η：

結(jié)合非雙曲時差方程、VTI模型可得：

對于這個式子，分步拾取v和η，不容易實(shí)現(xiàn)。高密度參數(shù)場時差自動拾取可以解決這個問題。該方法自動拾取最大偏移距下的剩余時差dtn和零偏走時τ0。并通過系列處理，最終可得到v和η。結(jié)合沿層四維速度分析，可以得到最后的偏移速度場和各向異性參數(shù)。見圖1。

圖1　輸入道集及剩余時差dtn和零偏走時τ0

2.1偏移距對動校參數(shù)的影響

v和η對時差的影響沿偏移距不是規(guī)則分布的，速度影響整個偏移距，而η的影響只集中在遠(yuǎn)偏移距。非雙曲時差校正的剩余時差Taylor級數(shù)展開為

變換后的時差曲線為雙曲線，決定其形狀的就是dtn和τ0。

2.2雙譜自動拾取

由于參數(shù)化常規(guī)的速度譜擴(kuò)展成3D數(shù)據(jù)體分析，對每個t0的最大相似系數(shù)連續(xù)拾取dtn和τ0，拾取完后的dtn和τ0，其中任何一對都可以轉(zhuǎn)化為v和η。

2.3對v和η的插值和分選

自動拾取輸出的v和η可以用3D，kriging的方法完成插值。但是拾取的數(shù)據(jù)中，每個同相軸對應(yīng)多個v和η參數(shù)。為減少冗余，刪除錯誤的參數(shù)，需要對拾取的高密度參數(shù)進(jìn)行分選。利用地質(zhì)統(tǒng)計思想的、采用協(xié)kriging方法濾波技術(shù)可以解決這個問題。

趨勢分析或趨勢面分析，作為地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)中的一種，就是要把研究的地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行分解［8］，表示為數(shù)學(xué)方程為：Z=Z0+A+R。Z代表地質(zhì)現(xiàn)象，Z0代表區(qū)域性因素（背景），A代表局部性因素（異常），R表示隨機(jī)因素（干擾值）。對速度的地質(zhì)統(tǒng)計濾波見圖2，各向異性介質(zhì)速度分析流程見圖3。

3　克?；舴虔B前時間偏移

圖2　對速度的地質(zhì)統(tǒng)計濾波（協(xié)Kriging方法）（a為自動分析的速度；b為濾波后速度；c為濾除的噪音）

圖3　各向異性介質(zhì)速度分析流程

在地震資料成像方面，偏移技術(shù)是解決地震信號歸位和成像的關(guān)鍵技術(shù)。從目前來看，主要有疊后時間偏移、疊后深度偏移、疊前時間偏移和疊前深度偏移四類。從疊前偏移和疊后偏移的理論基礎(chǔ)來看，疊后偏移基于疊加，而疊加基于水平層狀介質(zhì)假設(shè)，它只適應(yīng)于簡單的地質(zhì)構(gòu)造［9-11］。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)復(fù)雜，速度橫向變化和巖性變化較大時，疊前偏移具有優(yōu)勢。從二者的實(shí)現(xiàn)過程來看，疊后偏移是先疊加后偏移，首先要通過NMO將地震信號進(jìn)行時差校正，再由DMO構(gòu)造零偏移距道集，最后實(shí)現(xiàn)偏移歸位，因此很難實(shí)現(xiàn)真正的共反射點(diǎn)疊加。疊前偏移是先偏移后疊加，從表面來看，它與疊后偏移的區(qū)別只是在疊加和偏移的順序上作了顛倒，但二者有本質(zhì)區(qū)別。疊前偏移首先從理論上取消了偏移輸入數(shù)據(jù)為零偏數(shù)據(jù)的假設(shè)，在疊前將數(shù)據(jù)一步歸位，實(shí)現(xiàn)了真正的共反射點(diǎn)疊加，保存了更多的疊前信息。

疊前時間偏移本質(zhì)上是利用輸出道的觀點(diǎn)，在常速介質(zhì)假設(shè)下，按如下的旅行時關(guān)系，在成像空間中劃等時線，所有等時線上的振幅互相疊加干涉的結(jié)果，就形成疊前時間偏移的成像道集或偏移疊加結(jié)果。

疊前時間偏移是成像和速度分析的重要手段，它能對陡傾角反射進(jìn)行成像、提高橫向分辨率、消除速度分析過程中不同傾角和位置的反射帶來的影響、提高速度分析結(jié)果的精度和成像剖面的質(zhì)量［12］。Kirchhoff疊前時間偏移方法的基礎(chǔ)是計算地下散射點(diǎn)的時距曲面。根據(jù)Kirchhoff繞射積分理論，時距曲面上的所有樣點(diǎn)相加就得到該繞射點(diǎn)的偏移結(jié)果［13］。

常規(guī)克?；舴虔B前時間偏移從炮點(diǎn)到繞射點(diǎn)再返回到接收點(diǎn)的旅行時由下式近似計算。

其中，vs是僅存在垂向變化、橫向無變化的疊加速度，即vs是t0的函數(shù)。

在常規(guī)的克?；舴虔B前時間偏移中幾乎沒有考慮各向異性問題，采用直射線算法，忽略了各項異性導(dǎo)致的偏移誤差［14-16］。采用考慮了各項異性（VTI）介質(zhì)的、精度高、穩(wěn)定性好且耗時少的彎曲射線追蹤算法，成像效果明顯優(yōu)于直射線算法如圖5所示。

彎曲射線全三維Kirchhoff疊前時間偏移處理技術(shù)，在方法上優(yōu)于目前常規(guī)的各種其它時間域射線偏移方法。它不僅考慮了橫向速度的變化，同時也分別考慮了速度變化引起的地震波傳播中的射線彎曲，能消除各向異性介質(zhì)引起的能量聚焦不準(zhǔn)確現(xiàn)象。

圖4　各向同性偏移CIP道集 各向異性偏移CIP道集

從圖4的對比可以看出，不考慮各項異性的CIP道集即使經(jīng)過速度調(diào)整后也存在“過?！爆F(xiàn)象；而考慮各項異性的CIP道集則被拉平。

4　結(jié)論

通過對實(shí)際工區(qū)資料的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用，主要取得了如下幾個方面的效果：

圖5　不同方法成像效果對比

（1）疊前時間偏移是目前應(yīng)用最廣泛、也是起著最全局性作用的疊前成像技術(shù)。而考慮各向異性疊前時間偏移則是疊前成像技術(shù)的發(fā)展方向之一，尤其是在鹽下成像、復(fù)雜斷塊成像方面具有優(yōu)勢。

（2）各向異性對反射時差的影響造成了速度分析的失真和成像位置。這個影響一方面體現(xiàn)在大偏移距數(shù)據(jù)上，一方面體現(xiàn)在較小偏移距的陡傾角成像上。

（3）借助密點(diǎn)速度拾取和沿層速度分析建立各向異性速度和參數(shù)場，結(jié)合支持彎曲射線和各向異性的疊前時間偏移技術(shù)，可以很好地解決各向異性介質(zhì)成像問題。

［1］杜啟振,孫晶波,劉蓮蓮.橫向各向同性介質(zhì)縱波非雙曲時差速度分析［J］.油氣地球物理,2007（2）：5-7.

［2］朱成宏.地震各向異性研究的新進(jìn)展［C］//油氣地球物理技術(shù)新進(jìn)展——第73屆SEG年會論文概要，2002.

［3］李晶,王成祥,李軍茹,等.地震資料疊前偏移成像技術(shù)進(jìn)展［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展,2011,26（3）：966-982.

［4］吳志強(qiáng),劉協(xié)來,陳茂根,等.疊前時間偏移技術(shù)在南黃海海相地層地震成像中的應(yīng)用［J］.海洋地質(zhì)前沿,2012（2）.

［5］田彥燦,曾華會,魯烈琴,等.各向異性疊前偏移技術(shù)及應(yīng)用［J］.新疆石油地質(zhì),2011,32（5）：533-536.

［6］秦亞玲,王彥春,秦廣勝,等.各向異性疊前時間偏移——以東濮凹陷為例［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展,2010,25（3）：926-931.

［7］Jennifer M.Leslie,Don C.Lawton,牛燕,等.各向異性疊前深度偏移［J］.國外油氣勘探,1999（6）.

［8］陳楠.三維空間內(nèi)近地表激發(fā)井深設(shè)計插件的開發(fā)與應(yīng)用［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展,2015，30（2）：940-946.

［9］岳斌.各向異性介質(zhì)疊前時間偏移方法研究［C］//中國地球物理學(xué)會第二十七屆年會論文集，2011.

［10］劉洋.各向異性疊前時間偏移應(yīng)用研究［D］.中國石油大學(xué)（北京）,2010.

［11］徐偉,王建民,王維紅,等.各向異性速度分析技術(shù)在疊前反演中的應(yīng)用［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2011,30（4）.

［12］韓令賀.VTI介質(zhì)中準(zhǔn)P波方程疊前逆時深度偏移方法研究［D］.中國海洋大學(xué),2011.

［13］謝會文,吳超,徐振平,等.TTI各向異性疊前深度偏移在高陡構(gòu)造區(qū)應(yīng)用——以DB三維區(qū)為例［J］.物探化探計算技術(shù), 2013,35（4）.

P631.4

A

1004-5716（2016）01-0079-04

2015-11-02

2015-11-20

祝媛媛（1979-），女（漢族），四川南充人，工程師，現(xiàn)從事地震資料處理與地球物理方法研究工作。