各向異性介質多波速度分析方法及軟件實現

李 軍,胥良君,斯興焱,李錄明

(1.成都理工大學 地球探測與信息技術教育部重點實驗室,成都 610059;2.西南油氣田分公司重慶氣礦,重慶 400021)

0 前言

當地層存在各向異性時,地震波的傳播速度與傳播方向有關,從而使時距曲線會變得更復雜。對于縱波而言,各向異性的存在,使得常規雙曲線速度分析對于恢復垂直速度變得不充分。因此,要提高速度分析的精度,必須考慮地層各向異性對速度的影響,以各向異性介質的時距曲線為理論基礎,按照一定的方法步驟,同時求取地震速度和地層各向異性系數二類參數。對于 P～SV轉換波而言,即使在各向同性介質中,由于射線路徑的不對稱,時距曲線為非雙曲線,各向異性的存在更加劇了這種非雙曲效應。對于各向異性轉換波時距曲線有二種方法描述:①用雙平方根方程 (DSR),此法對于長排列來說精度較高,但其計算依賴于縱波數據;②利用高價泰勒級數展開法 (單平方根方法),最初此法精度較低,但經過 LiXiangyang,Yuan Jianxin的改進,使得炮檢距與深度之比在 2.0范圍以內是精確的。

作者在本文以 VTI介質的 P波和 P～SV轉換波的時距曲線為基礎,按照一定的方法步驟,求出多波速度及各向異性系數。并用 QT開發出一套各向異性介質三維多波速度分析及速度建模的軟件,包含各向異性 P波疊加速度建模,各向異性 P～SV波 DSR法疊加速度建模,以及各向異性 P～SV波 C方法 (單平方根方程法)疊加速度建模,通過理論資料和實際資料的處理表明,該方法和軟件的正確性。

1 P波及 P～SV波時距曲線方程

多波速度分析建立在多波時距曲線基礎之上,各向同性的 P波時距曲線可表示為[1]:

各向異性橫波時距曲線可表示為[3]:

各向異性的 P～SV波DSR方法時距曲線可表示為:

在式 (1)～式 (5)中,t0p為縱波雙程垂直反射時間;t0s為橫波雙程垂直反射時間;tp為縱波旅行時;ts為橫波旅行時;tps為 P-SV轉換波旅行時;xp為 P-SV波激發點到轉換點的水平距離;xs為P-SV波轉換點到接收點的水平距離;vpnmo為 P波動校正速度;vsnmo為 S波動校正速度;ηeff為 P波各向異性系數;ξeff為橫波各向異性系數;x為炮檢距。

常規的 P～SV波單平方根時距曲線可表示為:

各向異性的 P～SV波單平方根 (C方法)時距曲線可表示為[3]:

在式 (6)～式 (10)中,tC為炮檢距為 x處的旅行時;tC0為零偏移距轉換波雙程旅行時;Vcnmo為轉換波動校正速度;γ0和γeff分別為縱橫波垂直速度比和等效速度比;χeff為各向異性系數。

2 各向異性介質多波速度分析方法步驟

在得到了各向異性介質 P波及 P～SV波時距曲線基礎上,就可以采用速度譜技術求出各向異性介質多波速度和各向異性系數。總的原則是先進行 P波速度分析,再做轉換波速度分析;先進行各向同性分析,再做各向異性分析。

2.1 各向異性介質 P波速度分析方法及步驟

公式 (2)為各向異性 P波時距曲線,該公式由三個參數所確定,分別為:t0p、vpnmo、ηeff。首先進行各向同性的常規處理,得到 t0p和 vpnmo;再進行各向異性分析,在固定的時間 t0p,求取更精確的 vpnmo和各向異性系數ηeff。具體步驟如下:

(1)利用公式 (1)對 P波 CMP道集進行各向同性速度分析,求取 (t0p,vpnmo)。

(2)以 t0p為已知參數,固定 t0p,利用公式 (2),通過雙參數掃描方法求取縱波速度 vpnmo和各向異性系數ηeff。

2.2 各向異性介質 P～SV波 DSR速度分析方法及步驟

公式 (5)為各向異性的 P～SV波時距曲線,該公式由六個參數所確定,分別為 t0p、t0s、vpnmo、vsnmo、ηeff、ξeff。總的原則是先進行 P波速度分析,再對轉換波進行速度分析;先進行常規的速度分析,再做各向異性分析。具體步驟如下:

(1)對 P波進行各向異性速度分析,求取 (t0p,vpnmo,ηeff)。

(2)用公式 (4)進行常規的轉換波速度分析,求取 (t0p,vsnmo)或 (t0ps,vsnmo)。

(3)根據層位對比結果 ,以 t0p、t0s、vpnmo、ηeff為已知參數,固定層位,由公式 (5)進行 (vsnmo,ξeff)的雙參數掃描,從而得到橫波速度 vsnmo和各向異性系數ξeff。

2.3 各向異性介質 P～SV波 C方法波速度分析方法及步驟

公式 (7)為各向異性 P～SV波單平方根時距曲線,該公式由五個參數所確定,分別為 tc0、vcnmo、γ0、γeff、χeff。求取以上參數,需要結合 P波處理結果,具體步驟如下:

(1)首先對 P波進行速度分析,求取 (t0p,vpnmo),并得到 P波疊加剖面。

(2)利用雙曲近似公式 (6),在小炮檢距情況(X/Z<1.0)下進行速度分析,得到初始的轉換波疊加剖面,并與 P波疊加剖面進行對比得到γ0,從而獲得 t0c和 vcnmo以及γ0。

(3)因為轉換波時距曲線對γeff變化并不敏感,因此通過公式 (10)可計算γeff。

(4)以γ0和γeff為已知參數,對某一固定的t0c,根據公式(7)通過雙參數掃描方法求取轉換波速度 vcnmo和各向異性系數χeff。

3 軟件成果及資料處理

各向異性介質多波速度分析的交互處理軟件主要完成交互拾取,建立三維 P波各向異性疊加速度模型,用雙平方根方程交互拾取,建立三維 P～SV波各向異性疊加速度模型,用單平方根方程交互拾取,以及建立三維 P～SV波各向異性疊加速度模型。軟件主要由文件載入、選線、速度譜顯示和剖面繪制、交互速度拾取、常變速動校正、疊加、各向異性分析幾部份組成。載入數據后,軟件主界面如圖 1所示,圖 1中從左到右分別為速度譜、CMP道集和動校正道集。

圖1 速度分析軟件Fig.1 Velocity analysis software

3.1 理論資料處理

為了驗證軟件的正確性,作者對理論 P波和 P～SV波 CMP道集數據進行了處理。在理論數據中,各向異性系數從零開始,每層按 0.02遞增,一共二十層。

P波各向同性速度分析及動校正如圖 2(見下頁)所示。在圖 2中,從左到右分別為速度譜、CMP道集、動校正道集以及動校正后的疊加段。

P波各向異性速度分析及動校正如圖 3(見下頁)所示。

P～SV波 DSR各向同性和各向異性速度分析及動校正,分別見下頁圖 4和圖 5。

P～SV波單平方根各向同性和各向異性速度分析及動校正,分別見后面圖 6和圖 7。

從圖 2～圖 7可以看出,各向同性的速度分析及動校正,都不能將同相軸校平,各向異性速度分析及動校正才能將同相軸校平,特別在淺層的大炮檢距情況下。

3.2 實際資料處理

用該方法及軟件對某地區 P波和 P～SV轉換波資料進行處理 (轉換波處理以 DSR方法為例),求取速度譜,并用交互軟件進行分析。

P波速度譜及動校正如圖 8(見后面)所示。

P～SV轉換波速度譜及動校正如圖 9(見下頁)所示。

P波各向同性和各向異性處理的疊加剖面,分別如后面圖 10、圖 11所示。從圖 10、圖 11中可見,各向異性的 P波疊加剖面分辨率更高,同相軸更清晰,效果更好。

P～SV轉換波各向同性和各向異性處理的疊加剖面,分別如后面圖 12、圖 13所示。從圖 12～圖 13也可看出,各向異性的 P～SV轉換波疊加剖面分辨率更高,同相軸更清晰、連續,并且效果更好。

4 結論

作者在本文以各向異性 P波及 P～SV轉換波時距曲線為基礎,開發出一套各向異性介質多波速度分析的交互處理軟件。該軟件可建立各向異性三維 P波疊加速度模型,各向異性三維 P～SV波DSR方法疊加速度模型,以及各向異性三維 P～SV波 C方法疊加速度模型。用該方法及軟件對理論資料和實際資料進行處理,取得了較好的處理效果,適應各向異性和大炮檢距資料的處理。

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