寬方位地震OVT域方位各向異性校正技術

李 昂 張麗艷* 楊建國 李 娜 李士超 姚玉來

(①中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧沈陽 110000； ②中國石油大慶油田勘探開發研究院，黑龍江大慶 163712)

0 引言

油氣勘探的深入對地震勘探技術的要求越來越高，同時也促進了地震數據采集技術的發展和進步，如從二維地震發展到三維地震，從窄方位地震發展到寬方位地震[1]。相對于窄方位地震而言，寬方位地震在提高資料成像精度、振幅保真及裂縫預測等方面都具有顯著優勢，因此逐漸成為業界關注的焦點[2-4]。相應的寬方位地震數據處理技術也應運而生，OVT域處理即是針對寬方位地震數據的主流處理技術，具有效果好、易實現等特點。更重要的是通過OVT域處理后的數據是同時保留了炮檢距和方位角等特征的“五維”數據體[5]，可以為后續的儲層預測及流體識別提供更充分、有效的信息，這也體現了寬方位地震數據處理與常規三維地震數據處理相比存在的差異及具有的優勢[6-7]。

地下介質普遍存在各向異性，它顯然會影響地震成像的精度[8-9]。早期的常規地震數據處理，是基于各向同性理論進行的，未考慮各向異性影響。后來認識到大炮檢距數據的各向異性影響不能忽略，遂將基于各向同性的處理擴展到弱各向異性介質的處理，即考慮了VTI介質的各向異性。但受地震數據采集的限制，沒有考慮方位各向異性影響，原因是窄方位采集的地震道在不同方位角內分布不均勻，方位各向異性處理不能充分展開。

隨著寬方位地震勘探日漸普及而發展起來的方位各向異性處理技術，是指利用方位各向異性信息做方位各向異性校正，以提高分辨率或開展應力場分析及裂縫預測等。眾多學者在探究利用寬方位資料進行方位各向異性校正處理的方法，如分方位處理[10-12]是一種人為干預性很強的處理技術，即處理員憑經驗將數據體分為若干方位角，并在各方位角內進行處理，但無論怎樣精細劃分都存在方位角分布不均衡現象，有的方位角內地震道多，有的方位角內地震道少； 還會導致各方位角內覆蓋次數呈現很強不均衡性。另外，分方位處理尤其在速度分析時需耗費大量人力和處理機時，也會嚴重拉長數據處理周期[13]。Al-Dajani等[14]和Grechka等[15]根據非雙曲時距方程4次項系數表達式，利用寬方位數據重構NMO速度橢圓，獲得與方位有關的NMO速度，進行方位各向異性校正。該做法相對合理，但對資料品質的要求很高，且縱橫向速度分析點都要進行方位速度分析和拾取，實際中很難操作和實現。還有一種方位各向異性校正方法的思路是基于模型道的方位時差，即在成像后的方位各向異性道集上采用模型道相關法逐層剝離進行校正，該方法能較好地解決標準層時差校正問題，但層間時差難以徹底解決，且可能出現變差情形[16-17]。

OVT域方位各向異性校正的主要方法有速度模型迭代和相干譜拾取兩種。其中速度模型迭代法主要通過互相關在道集上拾取“螺旋形”時差，對旅行時差進行反演，利用最小平方根算法求取道集的快慢波速度和快波方位角，進而對道集進行方位各向異性校正，該方法需將偏移后道集疊加作為引導，只適用于共炮檢距和共角度道集，對方位角覆蓋密度要求較高。相干譜拾取法是以笛卡爾坐標系表述各向異性特征，對偏移后的OVG(offset vector gather)矢量道集(也稱作“蝸牛”道集)進行反演，得到方位各向異性的方位角和各向異性強度，再做方位各向異性校正。本文基于寬方位地震數據，采用OVT域處理技術實現偏移前數據分方位均勻抽取，進行偏移得到OVG道集； 對比分析常規偏移CRP(共反射點)道集與OVT域偏移后OVG道集二者的特征及差異； 通過相干譜拾取法進行參數反演，得到表征各向異性傳播的三個參數，進而求出快慢波速度和方位角，進行時差校正； 最后通過理論模型和實際OVG道集驗證了基于相干譜拾取方法對方位各向異性時差校正的有效性。

1 OVT域方位各向異性特征分析

OVT技術更新了疊前數據的排列方式，在OVT域針對寬方位地震數據能有效地改善處理效果，提高成像質量。OVT的概念首先由Vermeer[18]提出，爾后Cary[19]和Starr[20]相繼開展了相關研究，如OVT道集的生成及方位屬性具有的優勢等。OVT處理技術流程大致分為三步： ①資料預處理，與常規三維資料預處理類似，主要是前期的去噪、靜校正及反褶積等，因OVT疊前道集信噪比通常低于常規CRP道集，故在此環節應注重提高信噪比處理； ②抽取OVT道集并做偏移處理，得到具有方位角特征的矢量OVG道集，即可在OVG道集上定性地預測地下方位各向異性的方向和強度[21-23]； ③對偏移后的OVG道集進行反演，可定量地得到各向異性的方位角和各向異性速度場信息，利用這些信息進行方位各向異性校正，提高成像質量。具體實現流程如圖1所示。

圖1 方位各向異性分析及校正處理流程

常規地震偏移是在炮檢距組內進行的，偏移后為CRP道集；寬方位地震偏移一般在OVT域進行，得到不同于CRP的OVG道集。圖2是M工區常規偏移的CRP道集(圖2a)與OVT域偏移后的OVG道集(圖2b)對比，可看出二者的主要差別體現在：

(1)常規偏移的CRP道集上橫坐標只有炮檢距信息，偏移后不存在方位角信息；而OVT域偏移的方位各向異性道集橫向上不僅包含炮檢距信息，同時包含方位角信息，且方位道集隨方位角呈周期性變化(圖2b，紅色曲線，范圍是0°～360°)。

(2)常規CRP道集偏移時采用人為炮檢距分組，所以最終CRP道集上每個炮檢距只有一道，而方位各向異性道集不存在人為分組情況，每個炮檢距有多個地震道，且這些地震道來自不同方位。

(3)CRP道集的最終覆蓋次數決定于炮檢距分組，還存在分組不均勻情況，即在CRP道集常見的中等炮檢距組能量強、近炮檢距組和遠炮檢距組能量弱等現象(圖2a)；方位各向異性道集的覆蓋次數均勻，與整個工區覆蓋次數基本相同。

(4)由于CRP道集未考慮方位角影響，在道集上表現出同相軸不平，方位道集同相軸隨方位角呈周期性變化(圖2b紫框(1600～2000ms)范圍)，即波浪形曲線特征，可根據該特征定性確定地下裂縫發育方位，波浪形曲線的峰值通常指示裂縫發育主方向，峰值大小表征裂縫發育強度。

圖2 常規偏移的CRP道集(a)和OVT域偏移的方位各向異性道集(b)

2 OVT域方位各向異性校正處理

2.1 相干譜拾取法方位各向異性校正原理

地震波在裂縫介質或HTI介質中傳播滿足橢圓方程(圖3)，選擇一種坐標系表征各向同性與各向異性特征之間的關系。如選取笛卡爾坐標系對方位道集做三維曲面分析，對應地用Q、R、S三個時差校正參變量描述。其中Q表示振幅隨炮檢距的變化率，表征各向同性部分，當不存在方位各向異性變化時，曲面呈各向同性橢球體； 當存在各向異性時，R、S分別表示Inline和Crossline方向橢球的不規則曲率。

圖3 快、慢波傳播橢圓示意圖

曲面上拾取的剩余時差Δt表示為

Δt=Q(x2+y2)+R(x2-y2)+S(2xy)

(1)

式中x和y分別是橫向和縱向炮檢距。

Δt已知，Q、R、S是待求參數。假設分析的CIG道集內有N道，那么式(1)可通過N道記錄組成線性方程組

AX=b

(2)

其中

通過最小二乘法可求出Q、R、S。其中Q可分解為快波方向和慢波方向的參變量，利用Rüger[24]提出的HTI介質縱波反射系數公式，并通過快慢波矢量分解，可定義

(3)

(4)

(5)

式中α為方位角，且有

α=0.5arctan(S/R)

(6)

這樣，由式(3)～式(5)可推導出

(7)

進而得到

(8)

(9)

則快、慢波速度與快、慢波參變量之間存在關系

(10)

(11)

式中：τ是時間；Viso(τ)是τ時刻各向同性速度。

進而可求出某一CDP點的動校正速度

(12)

式中φ為炮—檢方向與Inline方向的夾角。

總之，將疊加剖面中相干性較好部分作為骨架，參考偏移后具有方位特性的OVG道集，可反演出Q、R、S，并求取方位各向異性的方位角和快、慢波速度及動校正速度，以便開展方位各向異性校正。

2.2 理論模型驗證

設計一個各向異性介質模型(圖4)，各參數如表1所示，其中第二層含一組裂縫。采用2.5D數據進行裂縫介質正演模擬，從0°～360°，每隔30°的方位角做正演模擬，總共12條測線，這樣除了能觀測到波場傳播特征外，還能從不同方位上觀測裂縫介質傳播特征。正演模擬采用雷克子波，頻率為80Hz，震源位于模型中間，沿x和z方向的采樣間隔均為1m，時間采樣間隔為1ms。

圖4 各向異性介質模型

表1 對應圖4模型的參數

從該模型抽取縱波方位各向異性道集(圖5a)，同樣可看出縱波在裂縫介質中傳播時受裂縫影響導致方位道集呈現出明顯的各向異性特征，沿裂縫方向傳播時速度相對較快、時間短，垂直裂縫方向傳播時速度相對較慢、時間長，這樣使方位道集表現出隨方位變化的“波浪”形曲線。圖5b為利用上述相干譜拾取法做方位各向異性校正處理后道集，可見“波浪”形曲線的時差特征消失，同相軸被校平，從上到下幾乎不存在同相軸上下振蕩現象，較好地解決了方位各向異性問題。

圖5 方位各向異性校正前(a)、后(b)道集

3 實際應用效果分析

將本文方法應用于M工區寬方位資料方位各向異性處理，以考察其成像精度。選取該區利用低頻可控震源采集的“兩寬一高”三維資料，可控震源掃描頻率為1.5～96.0Hz，采用單只檢波器寬方位接收，橫縱比為0.9，覆蓋次數為480，面元為5m×5m。將該寬方位資料抽取到OVT域，在OVT域做去噪、偏移等處理得到OVG道集，該道集包含炮檢距和方位角信息，且道集上呈現很明顯的方位各向異性特征，并隨方位呈周期性變化(圖6a)。

采用相干譜拾取法對方位各向異性道集進行校正，在笛卡爾坐標系下利用方位各向異性道集的方位角特性做橢圓擬合掃描。從相干譜拾取法反演得到的三個參數(圖7a～圖7c)及相干譜剖面(圖7d)可見，類似于地震剖面，縱向上每個時間樣點都存在一定相干值，據此可求出隨方位變化的時差校正量，利用該時差校正量對圖6a方位各向異性道集做校正(圖6b)，通過對比校正前、后方位道集，可見消除了同相軸波浪形起伏，方位各向異性時差得到很好校正(尤其800～1400ms)，為后續高分辨率成像提供了保障。對方位各向異性校正前、后道集進行疊加(圖8)，可見方位各向異性校正后的弱信號能量得到增強，成像效果更好(綠色箭頭指示處)，更利于后續儲層預測和精細解釋。

圖6 方位各向異性校正前(a)、后(b)道集對比

圖7 相干譜拾取法反演的參數及相干譜(a)Q參數； (b)R參數； (c)S參數； (d)相干譜

圖8 方位各向異性校正前(a)、后(b)剖面對比

4 結論

(1)方位各向異性校正是寬方位地震資料處理的關鍵環節，是針對OVT域偏移后的方位道集進行處理的一種方法，能消除不同方位間道集的時差，使道集能同相疊加，提高地震成像質量。

(2)相干譜拾取法是OVT域一種有效的各向異性校正方法，是基于地震波在HTI介質中傳播的橢圓原理進行的。該方法以疊加剖面作為引導拾取相干譜，通過對OVG道集進行反演得到方位各向異性的方位角和各向異性強度，從而進行時差校正。

(3)利用相干譜拾取方法對理論模型和寬方位實際資料的OVG道集做方位各向異性校正，能較好地消除方位各向異性時差的影響，提高成像質量和分辨率，有利于后續的疊前反演。

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