龔明平 張軍華* 王延光 劉立彬 李紅梅 吳系源(中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580； 中石化勝利油田股份公司物探研究院，山東東營(yíng) 257022)

1 引言

總結(jié)最近十幾年的地球物理勘探研究發(fā)現(xiàn)，寬方位地震勘探能夠有效提高復(fù)雜高陡構(gòu)造、縫洞型碳酸鹽巖、斷塊和巖性油氣藏的成像質(zhì)量。通過高密度地震采集可在保證覆蓋次數(shù)的前提下得到更小的面元，從而提高空間分辨率[1]。通過方位角資料差異分析，可為裂縫檢測(cè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，更加精準(zhǔn)高效地尋找復(fù)雜油氣藏。為了控制高密度寬方位采集的成本，可采用獨(dú)立同時(shí)掃描、可控震源移動(dòng)掃描、單點(diǎn)激勵(lì)接收和高保真采集。近年中國(guó)的能源戰(zhàn)略計(jì)劃要求越來越高，對(duì)地震勘探的投入越來越大[1]。與此同時(shí)，對(duì)地震勘探的要求也越來越嚴(yán)苛，所以需要進(jìn)行更為精細(xì)的(諸如高密度高精度)野外采集方式。一般來說，寬方位和高密度不能分開，高密度探測(cè)基本上是寬方位探測(cè)。

近幾年分方位地震勘探的發(fā)展十分迅速，由于分方位勘探在精度上的巨大優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)將會(huì)越來越成熟和完善。Biondo[2]較早對(duì)復(fù)雜地質(zhì)情況的寬方位角成像進(jìn)行了研究；Biondo等[3]運(yùn)用寬方位數(shù)據(jù)進(jìn)行了疊前深度偏移成像；李慶忠[4]討論了三維寬方位采集技術(shù)的條件；唐云等[5]建立了初步的寬方位地震勘探的觀測(cè)系統(tǒng)；吳意明等[6]、凌云等[7]研討了寬方位勘探的實(shí)際運(yùn)用；王宇超等[8]、周小海等[9]設(shè)計(jì)了寬方位地震數(shù)據(jù)的處理流程；張軍華等[10]綜合討論了寬方位勘探中具體需要用到的各個(gè)方面的技術(shù)；科威特石油公司[11]在富油的中東地區(qū)進(jìn)行了高密度寬方位地震勘探； 張保慶等[12]談?wù)摿藢挿轿坏卣鹗覂?nèi)處理需要的關(guān)鍵技術(shù)； Guo[13]研究了有關(guān)寬方位各向異性問題。但隨著觀測(cè)方位角和傾角的變化，寬方位資料中的速度、旅行時(shí)變化等各向異性問題更加突出，對(duì)此張保慶等[12]通過分方位等地震處理方法取得了較理想的效果； Starr[14]的專利中描述了OVT道集創(chuàng)建和偏移的方法； 段文勝等[15]認(rèn)為OVT是十字排列道集的延伸，是十字排列道集的一個(gè)數(shù)據(jù)子集，并試圖利用OVT域的寬方位疊前偏移來壓制多次波和提取較好的地震屬性； 王兆磊等[16]針對(duì)寬方位勘探帶來的高效采集噪聲干擾、高保真采集數(shù)據(jù)分離等問題提出了相應(yīng)的噪聲壓制及拆分混疊數(shù)據(jù)等方法，取得了較好的信噪分離效果，證實(shí)了分方位資料在解決地震成像和方位各向異性問題上的優(yōu)勢(shì)； 白辰陽(yáng)等[17]利用多方位地震數(shù)據(jù)綜合解釋改善了成像精度； Lisa等[18]描述了砂泥巖模型中方位各向異性引起的微分關(guān)系，結(jié)合三維地震數(shù)據(jù)的各向異性參數(shù)估算了砂、泥巖含量。

2 寬方位地震資料采集

高密度分方位勘探已成為地震勘探的主要趨勢(shì)[1]。根據(jù)目的層深度綜合考慮動(dòng)校拉伸、速度精度、反射系數(shù)、干擾波、視波長(zhǎng)和多次波確定排列長(zhǎng)度。分方位野外采集時(shí)要求有足夠大的橫向炮檢距，并盡量使炮檢距和方位角連續(xù)且均勻分布(如圖1)，早期的高密度分方位觀測(cè)系統(tǒng)主要通過以下四種方法實(shí)現(xiàn)[19]。

圖1 方位角均勻分布示意圖[13]

(1)增大接收線距。提高橫縱比，拓寬方位角。

(2)增加接收線數(shù)。增大橫向炮檢距和橫向覆蓋次數(shù)，改善耦合關(guān)系。

(3)炮檢互換法。在采集條件受限時(shí)，可互換檢波點(diǎn)和炮點(diǎn)，解決采樣不足的問題[20]。

(4)改變排列片內(nèi)炮點(diǎn)數(shù)。炮點(diǎn)數(shù)會(huì)決定炮檢距的分布和野外施工效率，對(duì)于正交型的觀測(cè)系統(tǒng)，排列片內(nèi)炮點(diǎn)數(shù)相對(duì)于接收線數(shù)一般是對(duì)稱的偶數(shù)。野外常用1線滾動(dòng)、多線滾動(dòng)、全排列滾動(dòng)等方法[19]。

分方位地震勘探技術(shù)因其在改善地下地質(zhì)體照明度、衰減相干噪聲和多次波、改善速度各向異性區(qū)成像效果以及裂縫預(yù)測(cè)等方面的諸多優(yōu)勢(shì)而被推廣應(yīng)用。分方位地震野外采集是為了獲得均勻分布的觀測(cè)方位、炮檢距和覆蓋次數(shù)的三維數(shù)據(jù)體，但需考量分方位野外采集的經(jīng)濟(jì)可行性[13]。

陸上分方位采集常通過增加接收線數(shù)目和增大接收排列片寬度實(shí)現(xiàn)[21]，但成本太高。目前陸上分方位采集常采用多炮少道、炮檢互換和獨(dú)立可控震源高效采集降低成本，主要方法包括：滑動(dòng)掃描(SS)、交替掃描(FFS)、顫動(dòng)滑動(dòng)掃描(DSS/DS2)、距離分離同步掃描(DSSS/DS3)、距離分離同步滑動(dòng)掃描(DSSSS/DS4)以及獨(dú)立同步掃描(ISS)等[22,23]。在野外采集中采用多組間距相等的獨(dú)立可控震源同時(shí)工作的獨(dú)立同步掃描技術(shù)，若接收器和震源足夠多，則獨(dú)立同步掃描的效率最高。

在海上的分方位地震勘探成本相對(duì)陸地上更低，近年發(fā)展了多種對(duì)改善復(fù)雜構(gòu)造成像效果起極大推動(dòng)作用的海上分方位采集技術(shù)[23]，主要包括以下幾種。

(1)拖纜多方位采集(MAZ)。因其觀測(cè)系統(tǒng)(圖3a)由多個(gè)方向上的窄方位系統(tǒng)耦合而得，所以MAZ更適用于過方位勘探的老工區(qū)。通過MAZ勘探能夠提高覆蓋次數(shù)并增加觀測(cè)方位，有利于壓制多次波和相干噪聲，并提高地質(zhì)體的照明度，從而提高資料信噪比和裂縫預(yù)測(cè)能力。

(2)拖纜富方位采集(RAZ)。其觀測(cè)系統(tǒng)由多個(gè)方向上的寬方位系統(tǒng)耦合而成(圖3b)，結(jié)合寬方位角和多個(gè)方位角能得到全方位地震數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全照明；同時(shí)拖纜富方位采集相對(duì)傳統(tǒng)多方位角和寬方位角采集增加了道的密度，因而能獲得更好的地震成像效果。

(3)兩期正交寬方位采集。為了結(jié)合兩塊寬方位數(shù)據(jù)得到更全的地震方位數(shù)據(jù)體，沿著已存在寬方位數(shù)據(jù)的區(qū)域垂直方向采集寬方位數(shù)據(jù)。如圖2c中黑色為已有寬方位資料，紅色為新的數(shù)據(jù)[23]。兩期正交寬方位除能節(jié)約成本外，還可以在原來的資料基礎(chǔ)上增加觀測(cè)方位和道密度，提高資料精度。

(4)螺旋式全方位采集。螺旋式全方位采集如圖2d所示，震源采用螺旋式前進(jìn)的形式激發(fā)。螺旋式采集綜合震源同時(shí)激勵(lì)除了能夠提高地震野外采集效率和空間采樣數(shù)目外，還能夠得到更大的、分布更均勻的炮檢距數(shù)據(jù)。 Nick等[24]從理論上證明了震源同時(shí)激勵(lì)的螺旋采集的有效性。

圖2 不同觀測(cè)系統(tǒng)類型對(duì)比(a)MAZ； (b)RAZ； (c)兩期正交寬方位； (d)螺旋式全方位

3 分方位處理技術(shù)

由于方位各向異性廣泛存在，導(dǎo)致地震波在不同方位上傳播的速度不同，因此利用同一速度準(zhǔn)確歸位所有方位的地震數(shù)據(jù)難以實(shí)現(xiàn)，常需要分方位處理寬方位地震資料的速度問題[10]。按不同的方位劃分時(shí)應(yīng)使各個(gè)方位具有數(shù)量足夠且相當(dāng)?shù)母采w次數(shù)保證地震資料的精度。通過分方位偏移成像能進(jìn)行地震屬性和切片研究，壓制了部分方位各向異性問題。分方位處理結(jié)合高密度數(shù)據(jù)能夠更精準(zhǔn)地判斷地層和斷層，可提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度，更適應(yīng)當(dāng)今的復(fù)雜油氣藏勘探。高密度寬方位地震資料分方位處理技術(shù)主要包括[16]以下五種。

(1)方位角道集抽取技術(shù)。它是分方位速度分析和各向異性偏移的基礎(chǔ)，方位角道集合理抽取便于從方位角的角度去認(rèn)識(shí)地震信息，并有效利用方位角信息。因此合理的分方位道集有利于研究地層速度隨方位角的變化(VVA)以及振幅隨炮檢距和方位角(AVOA)[12]。

(2)分方位速度分析及網(wǎng)格層析技術(shù)。對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，速度分析常規(guī)的方法是綜合利用一個(gè)方位的速度進(jìn)行動(dòng)靜校正和疊加偏移，這會(huì)造成部分剖面上的同相軸校正不足或剖面上表現(xiàn)為成像精度不高。若在校正后分方位計(jì)算剩余校正時(shí)差就可以得到各方位上的剩余校正量，得到更為準(zhǔn)確的速度場(chǎng)； 考慮剩余時(shí)差分解時(shí)則需要考慮到各種網(wǎng)格劃分問題帶來的優(yōu)劣。

(3)傾角—方位角時(shí)差校正技術(shù)。在各向同性中P波走時(shí)為雙曲線，然而分方位地震資料觀測(cè)中存在范圍較大的方位角時(shí)，不同觀測(cè)方向上走時(shí)會(huì)隨著炮檢距的增大而發(fā)生偏差，需要校正。

(4)分方位各向異性偏移技術(shù)。由于地震波各種特征常會(huì)隨速度方向而變化，造成各向異性成像誤差，為了處理不同方位上的各向異性，需要分方位做相應(yīng)偏移，使地質(zhì)體正確歸位。在對(duì)各方位道集進(jìn)行分方位各向異性偏移前，需算出各方位上的速度和各向異性參數(shù)[15]。

(5)OVT域偏移技術(shù)。OVT域偏移后的道集保存了方位角信息，不需要?jiǎng)澐址轿唬岣吡斯ぷ餍?，?shí)現(xiàn)了多次高效地分方位偏移處理[15]。

3.1 分方位角道集形成技術(shù)

分方位角道集是分方位速度分析和各向異性偏移的基礎(chǔ)，因此抽取合理的分方位道集，有利于研究速度隨方位角的變化及振幅隨炮檢距和方位角的變化[23]。由于觀測(cè)系統(tǒng)及地表復(fù)雜多變，炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)擺放不規(guī)則，障礙物較多，導(dǎo)致采集到炮檢距和方位角分布不均的數(shù)據(jù)，所以抽取較好的方位角道集就非常重要。常用方法如下。

(1)優(yōu)選炮檢距法。在炮檢距分布范圍內(nèi)，抽取排列縱橫向最大炮檢距相等的測(cè)線，只留下方位玫瑰圖內(nèi)切圓內(nèi)的區(qū)域，使地震資料近似為全方位，有助于研究地層速度在各個(gè)分方位角上的變化。

(2)借道法。通過諸如面元化、規(guī)則化等處理對(duì)空白道處插值，使每個(gè)面元內(nèi)覆蓋次數(shù)和炮檢距分布更合理。

(3)等方位角劃分法。按照固定的角度數(shù)值直接劃分全方位CMP道集。

(4)等覆蓋數(shù)據(jù)劃分法(亦稱變角度法)。結(jié)合實(shí)際地震資料合理地調(diào)整扇區(qū)大小，使各扇區(qū)覆蓋次數(shù)大體相當(dāng)，在OVT域可處理覆蓋次數(shù)不均勻的問題[25]。OVT技術(shù)最早由Vermeer[26]提出，隨后Cary[27]也提出了類似于OVT的COV(Common Offset Vector)概念。把正交觀測(cè)系統(tǒng)中的同一炮線和接收線的數(shù)據(jù)抽取出來形成十字道集，在炮線和接收線方向分別按照x和y方向的炮檢距間隔劃分炮檢距組(圖3)，形成大小相等的OVT單元[28]。

圖4上是直接按照45°等方位劃分的分方位道集覆蓋次數(shù)圖，可看出等間隔直接劃分的不同方位的覆蓋次數(shù)非常不均勻(不同顏色代表不同覆蓋次數(shù))； 圖4下是綜合采用上述技術(shù)后的對(duì)應(yīng)結(jié)果，可以看出不同方位道集的覆蓋次數(shù)分布比較均勻[12]。

圖3 十字排列及共炮檢距矢量單元示意圖解[28]

圖4 直接劃分(上)和綜合上述方法(下)的分方位道集覆蓋次數(shù)對(duì)比圖[12]

3.2 分方位速度分析

疊加速度vstk與地層速度、地層傾角和觀測(cè)方位角的關(guān)系為

(1)

式中：φ視為地層的視傾角；φ真為地層的真傾角；α為觀測(cè)的方位角；vrms為均方根速度。在極坐標(biāo)系中，式(1)表現(xiàn)為橢圓，極徑為疊加速度，極角為方位角，在傾向方向有最大速度，在走向方向有最小速度。分方位速度分析對(duì)不同的方位角道集分別進(jìn)行速度分析，綜合這些速度，按相同地層沿方位速度最小的原則求取最佳速度[29]。由式(1)可以看出，在橫向各向同性地層中，盡管上覆地層的速度在各個(gè)方位角是一個(gè)常數(shù)，但疊加速度隨方位而變化[29]。

如圖5所示，在橫向各向同性地層中，在以方位角為極角、疊加速度為極徑的極坐標(biāo)系中式(1)呈橢圓，地層傾角φ越小，橢圓的長(zhǎng)短軸之比越接近于1。在寬方位角野外采集時(shí)，用于速度分析的數(shù)據(jù)包含地層的方位信息，不能解決疊加速度隨方位角變化的問題，近似利用一個(gè)綜合速度進(jìn)行動(dòng)校正，則只會(huì)使部分道集得到修正。由于其他方位的道校正過度或不足，很難使所有共反射面元道集變平，這將影響疊加效果和地面一致性剩余靜校正的合理性和準(zhǔn)確性。因此，在處理寬方位地震資料時(shí)，為了計(jì)算較為準(zhǔn)確的剩余靜校正量，必須考慮疊加速度隨方位角和地層傾角的變化[10,29]。

圖5 疊加速度隨方位角變化圖[29]

不同的三維地震資料有不同的數(shù)據(jù)處理方法，而各種三維速度分析方法的傾角、方位角和速度等參數(shù)均是基于迭代算法依次掃描確定的[29,30]。Belguermi等[31]構(gòu)建了疊前Kirchhoff深度偏移的TTI介質(zhì)速度模型。圖6比較了同一工區(qū)數(shù)據(jù)的時(shí)間和深度域結(jié)果，時(shí)間偏移速度采用一次迭代的層速度， 深度偏移速度采用方位各向異性分析的最終迭代速度。由圖6可知深度成像更加準(zhǔn)確，更能適應(yīng)地表復(fù)雜和有高速巖體入侵(圖中圈出部分)的地區(qū)。

3.3 傾角—方位角時(shí)差校正(DAC)

傾角—方位角旅行時(shí)校正(Dip Azimuth Tra-vel Correction，簡(jiǎn)稱DAC)能較好地消除傾斜地層引起的時(shí)差問題。寬方位資料有較大范圍的觀測(cè)方位角，傾斜地層在共中心點(diǎn)道集中的同相軸是一束雙曲線的集合，而不能近似為一條雙曲線[8,10]。由疊加剖面上的縱、橫測(cè)線估算其傾角時(shí)差，在疊前道集上的DAC時(shí)差校正量為[12]

(2)

式中： Δt為DAC校正量； Δt1為傾角—方位角旅行時(shí)校正量; Δt2是炮檢中心點(diǎn)離面元中心點(diǎn)的旅行時(shí)校正量;x為炮檢距;t0為面元中心點(diǎn)的零炮檢距雙程反射旅行時(shí)[8]。Δt1和Δt2的表達(dá)式為

(3)

Δt2=(Xc-Xm)ΔDtx+(Yc-Ym)ΔDty

(4)

式中：Xs、Ys為炮點(diǎn)坐標(biāo)；Xr、Yr為檢波點(diǎn)坐標(biāo)；Xc、Yc為面元中心點(diǎn)坐標(biāo)；Xm、Ym為炮檢中心點(diǎn)坐標(biāo)； ΔDtx、ΔDty分別為縱、橫測(cè)線方向的方位傾角時(shí)差。

DAC旅行時(shí)校正基本流程為：傾角掃描疊加或偏移地震數(shù)據(jù)體確定地層構(gòu)造產(chǎn)狀；然后利用分方位速度分析得到更準(zhǔn)確的疊加速度，計(jì)算各個(gè)方位角的旅行時(shí)差；最后在疊前道集上進(jìn)行DAC旅行時(shí)差校正，得到DAC校正后的道集(圖7)[12]。

圖7 傾角和方位校正前(左)、后(右)的道集[12]

3.4 分方位各向異性校正

分方位角地震資料處理必須考慮各個(gè)方位各向異性參數(shù)的差異進(jìn)行各向異性偏移，以消除各向異性的影響。由于各向異性廣泛存在于地下介質(zhì)中，導(dǎo)致實(shí)際數(shù)據(jù)與假設(shè)條件不符，觀測(cè)到的共中心點(diǎn)道集動(dòng)校時(shí)差曲線并非是雙曲線，需考慮各向異性問題。法國(guó)CGG公司在進(jìn)行疊前時(shí)間偏移時(shí)運(yùn)用雙譜速度分析有效地壓制了TII介質(zhì)的各向異性問題。利用雙譜分析對(duì)最大炮檢距和零炮檢距的旅行時(shí)掃描，可知每個(gè)方位上各向異性參數(shù)和速度分別為

(5)

(6)

式中：v為偏移速度；η為各向異性參數(shù)；xmax為最大炮檢距；t0為零炮檢距雙程旅行時(shí)；dtn、τ0分別為雙譜分析掃描后的最大炮檢距處的剩余時(shí)差及零炮檢距處的雙程旅行時(shí)[32]。分方位各向異性疊前偏移流程為：先對(duì)輸入的疊前偏移道集進(jìn)行零炮檢距反偏移； 然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙譜自動(dòng)速度拾取，得到零炮檢距處的雙程旅行時(shí)和剩余時(shí)差，進(jìn)行地質(zhì)統(tǒng)計(jì)插值和濾波； 再利用上述公式得到速度和各向異性參數(shù)； 最后將此結(jié)果用于不同方位角道集資料進(jìn)行動(dòng)校正，得到各向異性疊前偏移道集[33]。

圖8為方位各向異性校正前后“蝸?！钡兰瘜?duì)比。由圖可知： 方位校正前的道集在4500～4900ms內(nèi)同相軸存在明顯抖動(dòng)，這說明該層段存在方位各向異性，其中抖動(dòng)最高點(diǎn)是裂縫的發(fā)育方向，抖動(dòng)的幅度代表裂縫發(fā)育的密度； 方位校正后的道集的同相軸在4500～4900ms內(nèi)基本不存在抖動(dòng)。

圖9是方位各向異性動(dòng)校正前后的疊加剖面對(duì)比。從圖中綠色箭頭所指位置可以看出，方位各向異性動(dòng)校正提高了層間弱信號(hào)的成像質(zhì)量，疊加效果改善較為明顯，有利于對(duì)資料的精細(xì)解釋，提高了對(duì)小斷層識(shí)別能力與薄砂體描述的精度[34]。

3.5 OVT域偏移技術(shù)

三維地震數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，形成的CRP道集為4D數(shù)據(jù)，在空間上具有東西坐標(biāo)、南北坐標(biāo)、深度/時(shí)間和炮檢距/入射角信息。5D地震數(shù)據(jù)是一個(gè)相對(duì)的概念，即在4D地震基礎(chǔ)上加入了方位角信息。目前常見的5D地震道集有OVT域處理的螺旋道集和ES360系統(tǒng)處理的蝸牛道集[35]。

OVT采集由較小范圍的縱、橫測(cè)線上的炮檢距決定。因此這些道集與COV道集最相似，其中所有道具有相同的炮檢距。COV道集是疊前偏移的理想數(shù)據(jù)集，因?yàn)樗苎由斓秸麄€(gè)工區(qū)，并且不會(huì)出現(xiàn)任何內(nèi)部空間不連續(xù)的問題?？梢酝ㄟ^組合具有相同炮檢距的OVT道集提高空間連續(xù)性。OVT技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于整個(gè)OVT道集是可獨(dú)立偏移的，偏移后能保存方位角信息[36]。

OVT域的寬方位地震數(shù)據(jù)處理步驟為：數(shù)據(jù)預(yù)處理、OVT域處理、OVT域偏移、OVG道集處理。即先抽取OVT道集，然后得到OVT偏移后的CRP道集(CRP gather after OVT migration，OVG)，并呈現(xiàn)“蝸牛道”現(xiàn)象，利用非剛性匹配(Non-Rigid Matching，NRM)技術(shù)校平“蝸牛道”，最終得到OVT域處理和OVG道集NRM校平后的疊加剖面[36]。圖10為OVG偏移道集拉平前、后的疊加剖面，由圖可知該方法對(duì)改善地震成像效果有重大作用。此外，選用極坐標(biāo)系統(tǒng)可克服OVT域處理的缺陷(如地下復(fù)雜介質(zhì)反射位置不準(zhǔn)確等)。它已是復(fù)雜介質(zhì)成像、AVA分析和振幅保持偏移提高精度的主要手段[37]。

圖11a是五維數(shù)據(jù)集(Five Dimensional Gather Dataset，5D-GDS)的共反射點(diǎn)三維螺旋道集顯示，其中包含x坐標(biāo)、y坐標(biāo)、時(shí)間/深度、炮檢距/入射角和方位角五部分信息。圖11b是CRP在ES360系統(tǒng)中的蝸牛道集，上圖為方位角和入射角與炮檢距的關(guān)系，下圖為對(duì)應(yīng)位置處的地震剖面。除常規(guī)的3D信息外，還有入射角和方位角這兩種信息。盡管這種方法在不同的方位角和炮檢距或入射角能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)優(yōu)化處理，明顯增加裂縫預(yù)測(cè)的可信度，但是由于其成本太高，導(dǎo)致目前5D-GDS在地震中的應(yīng)用實(shí)例相當(dāng)少[38]。

圖12為某海上資料用于疊前時(shí)間偏移的速度譜，在共炮檢距域偏移的速度譜低速度區(qū)存在多次波能量團(tuán)(圖12右中紅圈處的能量團(tuán))，而圖12左中的OVT域的速度譜中幾乎不存在多次波能量團(tuán)，即多次波被很好地壓制了。另外，從該區(qū)疊前深度偏移道集來看(圖13)，即使有效波速度精度不高，動(dòng)、靜校正不夠精準(zhǔn)，但在共炮檢距疊前深度偏移道集中尚存在較強(qiáng)的多次波能量，這必然對(duì)成像有很大的影響，而在OVT道集中多次波能量明顯減弱。

圖10 OVG偏移道集拉平前(左)、后(右)的疊加剖面[37]

圖11 分方位勘探中常見的道集顯示方法[38](a)5D數(shù)據(jù)的OVT螺旋道集； (b)ES360蝸牛道集顯示

圖12 OVT域(左)與共炮檢距域(右)疊前時(shí)間偏移速度譜[15]

圖13 OVT域(左)與共炮檢距域(右)疊前深度偏移CRP道集[15]

在常規(guī)偏移過程中多次波被當(dāng)作有效波，在進(jìn)行偏移歸位時(shí)利用有效波的速度進(jìn)行偏移[15]。這就不可避免地造成了多次波在動(dòng)校正和偏移后不能被拉平，道集表現(xiàn)出不同的雙曲波形特點(diǎn)。OVT域較大的炮檢距范圍客觀上壓制了多次波[15]。在炮檢距范圍較小(一般為100～200m)的共炮檢距域偏移過程中，由于多次波的波形特征相近而相干加強(qiáng)；而炮檢距范圍較大(一般為300～800m)的OVT域偏移過程中，由于不同炮檢距的多次波的波形特征差別較大，各個(gè)多次波能量相互抵消。

4 分方位角解釋技術(shù)

地震波在含斷層或裂縫的地層中傳播時(shí)，地震屬性會(huì)隨傳播方向而發(fā)生變化[39]，即各向異性。近年來隨著分方位地震勘探的發(fā)展，地球物理工作者越來越重視地震的成像質(zhì)量，這就需要了解地下實(shí)際介質(zhì)的性質(zhì)，推動(dòng)了方位各向異性裂縫預(yù)測(cè)方法迅猛發(fā)展，主要有： 基于方位屬性的裂縫預(yù)測(cè)，振幅、衰減、速度方位各向異性等方法[40]。

4.1 基于方位屬性的裂縫預(yù)測(cè)

傳統(tǒng)的純P波方位各向異性預(yù)測(cè)裂縫方法是利用子方位道集或部分方位疊加后的道集，但易受采集腳印影響而得到錯(cuò)誤的結(jié)果[23,41,42]。但在OVT域的偏移提供了一種快速計(jì)算純P波方位角特性的方法，把OVT偏移后形成的OVG道集按炮檢距和方位角分選成螺旋道集后，利用旅行時(shí)和速度的方位各向異性預(yù)測(cè)裂縫方向和密度。圖14是蝸牛道集，可以通過最小旅行時(shí)方向指示裂縫發(fā)育方向，最大和最小旅行時(shí)之間的時(shí)差能決定裂縫密度，時(shí)差越大表示裂縫密度越大。蝸牛道集中含有較全的方位角信息，經(jīng)過方位各向異性校正后便可分析其AVAZ屬性[43]。

圖14 蝸牛道集方位旅行時(shí)信息計(jì)算裂縫走向和裂縫密度[23]

Jaime等[44]采用阿納達(dá)科盆地的寬方位地震資料，計(jì)算AVO梯度預(yù)測(cè)了裂縫發(fā)育程度，并根據(jù)上述思路，通過利用地震波的傳播時(shí)間和速度的方位各向異性計(jì)算了裂縫發(fā)育方向和密度，兩種方法的預(yù)測(cè)結(jié)果一致。與分方位處理方法相比，在蝸牛道集的基礎(chǔ)上計(jì)算方位屬性更為合理，可以避免分方位疊加帶來的負(fù)面影響，從而提高裂縫預(yù)測(cè)精度。分析表明，多種縱波屬性會(huì)表現(xiàn)出方位各向異性，用何種屬性預(yù)測(cè)裂縫也是一個(gè)需要考慮的關(guān)鍵問題。Jamie等[45]對(duì)比多個(gè)商家提供的分方位縱波各向異性和屬性參數(shù)發(fā)現(xiàn)，能觀測(cè)到寬方位三維地震數(shù)據(jù)處理中動(dòng)校正速度的方位變化。在后期的解釋中可以通過對(duì)比多家的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解釋，達(dá)到消除方位旅行時(shí)差不規(guī)則的影響。

4.2 振幅方位各向異性

4.2.1 振幅隨方位變化(AVAZ)

由Andreas[46]推導(dǎo)的弱各向異性介質(zhì)中縱波反射系數(shù)隨方位角和入射角變化的公式為

Δδsin2φcos2φ)sin2θtan2θ

(7)

通常地震勘探中可把式(7)作為縱波振幅隨方位變化(Amplitude Variation With Azimuth，AVAZ)屬性預(yù)測(cè)裂縫的理論基礎(chǔ)。對(duì)于入射角較小的情況，反射系數(shù)受裂縫的影響不大，疊后反演的波阻抗與裂縫無關(guān)；然而對(duì)于入射角較大的情況，反射系數(shù)受裂縫影響較大，因此利用地震振幅方位各向異性檢測(cè)裂縫需要較大入射角的地震資料?，F(xiàn)假定在入射角小于30°的情況下，有兩個(gè)不同方位角φ1和φ2的疊前角道集，則其反射系數(shù)之差為[47]

RPP(θ,φ2)-RPP(θ,φ1)≈-g(1-2g)(cos2φ2sin2θ-

cos2φ1sin2θ)(ΔN2-ΔN1)+g(cos2φ2sin2θ-

cos2φ1sin2θ)(ΔT2-ΔT1)

(8)

甘其剛等[41]、Colin等[48]針對(duì)實(shí)際工區(qū)綜合地質(zhì)、地震和測(cè)井，建立了完善的多學(xué)科裂縫預(yù)測(cè)方法。Ali等[49]利用非線性貝葉斯的AVAZ反演和處理技術(shù)預(yù)測(cè)了裂縫尺度和密度。Anat等[50]使用AVAZ進(jìn)行了全方位聚束的自動(dòng)各向異性速度分析。Edan等[51]建立了非線性正交AVAZ反演的基本流程，完善了AVAZ屬性在地震處理中的應(yīng)用[52]。

圖15是某工區(qū)分方位疊后和AVAZ疊前裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果[37]。圖15左為分方位角疊加中的一個(gè)方位上的結(jié)果，并且可以基于多個(gè)方位裂縫屬性之間的差異定性地確定裂縫發(fā)育特征。其主要利用OVT域的偏移和OVG校正后的道集，按方位角分成多個(gè)方位上分別疊加，利用分方位疊后相干、曲率、傾角等屬性融合方法，分別預(yù)測(cè)多個(gè)方向的裂縫走向和密度。圖15右是以O(shè)VT道集建立各向異性、各向同性梯度進(jìn)行AVAZ分析，并估計(jì)裂縫密度和方向，與實(shí)際基本一致，印證了該法預(yù)測(cè)裂縫的可靠性[37]。

圖15 分方位角疊后(左)、AVAZ疊前(右)裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果[37]

4.2.2 方位AVO

忽略式(7)右邊的高階項(xiàng)，有

RP(θ)=A+Bcos2θ

(9)

其中A為與入射角度無關(guān)的截距

(10)

B(φ)為方位AVO梯度，有

(11)

由上式可知，AVO梯度隨方位也呈橢圓變化特征，且隨著各向異性強(qiáng)度的減弱，橢圓的長(zhǎng)短軸之比接近于1。據(jù)此可研究方位AVO梯度來預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育方向和分布情況[53]。綜合式(9)在OVT域方位CRP道集上就可以進(jìn)行方位AVO反演了。

圖16為某工區(qū)的兩個(gè)方位上的共反射點(diǎn)道集顯示。圖16a所展示的方位上的響應(yīng)要比圖16b上的弱得多。對(duì)應(yīng)的圖17為這兩個(gè)方位的AVO梯度剖面，圖17a方位的異常要比圖17b上弱得多[15]， 印證了AVO屬性與方位角的關(guān)系式的正確性。

圖16 不同方位的共反射點(diǎn)道集[17](a)135°～180°道集數(shù)據(jù)； (b)60°～105°道集數(shù)據(jù)

圖17 AVO含油氣性檢測(cè)[17](a)135°～180°檢測(cè)數(shù)據(jù)； (b)60°～105°檢測(cè)數(shù)據(jù)

4.3 衰減各向異性

Sonjia等[54]研究了多方位的VSP資料得知：在裂縫型儲(chǔ)層中傳播的地震波能量比在非裂縫型儲(chǔ)層傳播時(shí)衰減更迅速，且沿裂縫傳播時(shí)能量衰減較慢(即品質(zhì)因子Q值較大)。裂縫中傳播的地震波能量衰減存在方位各向異性，所以能利用此特性預(yù)測(cè)觀測(cè)井周圍裂縫發(fā)育的情況，Ekanem[55]驗(yàn)證了該方法的正確性；Q值方位各向異性能有效檢測(cè)裂縫的規(guī)模和流體類型。Ekanem[55]研究了定向垂直裂縫物理模擬中Q值的影響因素，結(jié)果顯示，垂直裂縫模型中的Q值隨方位角而變化，平行裂縫方向有最大Q值，垂直裂縫方向有最小Q值。Ivan等[56]分析了裂縫介質(zhì)中方位各向異性的影響因素，認(rèn)為速度的影響要低于衰減，因此利用衰減方位各向異性預(yù)測(cè)裂縫準(zhǔn)確性更高。

4.4 頻率各向異性

多次數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)?shù)卣鸩ㄆ叫杏诹芽p方向傳播時(shí)，不發(fā)生頻散(圖18a)，當(dāng)?shù)卣鸩ù怪庇诹芽p方向傳播時(shí)在裂縫介質(zhì)底界面的遠(yuǎn)道會(huì)發(fā)生頻散(圖18b)，即高頻成分傳播速度快，低頻分量傳播緩慢。垂直裂縫中傳播的地震波較平行裂縫時(shí)發(fā)生了90°相移[23]。 Heloise[57]分析了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)平行于裂縫方向傳播的地震波比沿垂直裂縫方向有更寬的頻帶。

圖18 平行(a)和垂直(b)裂縫傳播方向合成單炮記錄[23]

4.5 分方位相干融合的裂縫預(yù)測(cè)

對(duì)于低滲透氣藏，由于巖石的滲透性差、孔隙度低，因此裂縫對(duì)油氣運(yùn)移和改善儲(chǔ)層物性的作用重大。Cui等[58]利用三維地震不同方位相干融合技術(shù)預(yù)測(cè)三維裂縫，分析低滲透微裂縫儲(chǔ)層分布規(guī)律，并通過鉆井裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，充分證實(shí)了裂縫對(duì)提高單井產(chǎn)量的重要作用。圖19是某工區(qū)方位疊加數(shù)據(jù)體的沿層切片。圖20是經(jīng)德國(guó)TEEC公司研發(fā)的CohTEEC相干處理后的分方位相干沿層切片，裂縫發(fā)育方向比圖19明顯。

通過分方位相干屬性可預(yù)測(cè)裂縫。圖21顯示了融合降維后的裂縫發(fā)育分布。該工區(qū)的東南部和中部裂縫發(fā)育區(qū)成帶狀。測(cè)井、地質(zhì)等信息顯示，儲(chǔ)層較厚的井M1、M2，其巖性和物性相似，但是完鉆后發(fā)現(xiàn)M1是高產(chǎn)井，M2卻是低產(chǎn)井。通過分析認(rèn)為，M1井高產(chǎn)的原因在裂縫發(fā)育帶上，裂縫極大地提高了儲(chǔ)層滲透率，也提高了產(chǎn)量，而M2井裂縫不發(fā)育、滲透率低，產(chǎn)量也更低； 同樣是儲(chǔ)層較薄，井N1、N2物性接近，但完鉆后發(fā)現(xiàn)N1是高產(chǎn)井，N2是低產(chǎn)井，可知單井產(chǎn)量與裂縫關(guān)系密切[58]。對(duì)應(yīng)用方位相干屬性融合法裂縫發(fā)育區(qū)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析表明，相干屬性融合可提高預(yù)測(cè)精度，對(duì)合理布井和改善油氣產(chǎn)量具有重要作用。

圖19 分方位角疊加數(shù)據(jù)體目的層段切片[58](a)25°～80°疊加數(shù)據(jù)； (b)150°～180°疊加數(shù)據(jù)

圖20 分方位角相干數(shù)據(jù)體[58](a)25°～80°相干數(shù)據(jù)體；(b)150°～180°相干數(shù)據(jù)體

圖21 目的層段裂縫發(fā)育分布圖[58]

5 結(jié)論

分方位地震勘探能夠有效改善勘探精度[34]，但同時(shí)它也有許多問題亟待解決，通過國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研和分析，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)與結(jié)論。

(1)分方位速度分析方法合理利用了方位角道集，考慮了地層傾斜的影響，能為靜校正、DMO及三維成像提供相對(duì)準(zhǔn)確的速度場(chǎng)。利用分方位各向異性疊前偏移解決了寬方位地震資料的各向異性問題，是提高寬方位地震數(shù)據(jù)成像精度的有效方法。

(2)炮檢距向量片(OVT)是為寬方位數(shù)據(jù)處理開發(fā)的新技術(shù)，消除了寬方位數(shù)據(jù)的方位各向異性，有效改善了地震成像質(zhì)量；OVT道集存在較大炮檢距范圍，利用OVT域疊前偏移可有效地壓制多次波。通過OVT寬方位層析反演，可以獲得精度更高的速度場(chǎng)和縫洞成像位置，地震剖面上的抖動(dòng)現(xiàn)象減少，有效提高了弱同相軸的連續(xù)性。隨著該技術(shù)研究和應(yīng)用日趨成熟，會(huì)在復(fù)雜地震成像和儲(chǔ)層描述中發(fā)揮更大的作用。

(3)應(yīng)用地震波在裂縫型地層中傳播時(shí)的能量衰減、相位和頻率的方位各向異性是提高裂縫預(yù)測(cè)精度的有效手段，但目前在地震資料的處理中應(yīng)用實(shí)例很少。為了提高裂縫預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，今后應(yīng)重點(diǎn)研究地震波的方位各向異性問題。

(4)通過分方位地震處理能有效地壓制相干噪聲，提高速度分析準(zhǔn)確性、地質(zhì)體照明度和裂縫預(yù)測(cè)能力；能夠綜合利用各種隨方位變化屬性(如AVAZ等)與相干一致性融合檢測(cè)地下裂縫和地層巖性[17]。

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