基于Alford旋转的转换波各向异性校正技术

刘红爱 马昭军 甘其刚

1.成都理工大学地球物理学院 2.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院德阳分院

基于Alford旋转的转换波各向异性校正技术

刘红爱1马昭军2甘其刚2

1.成都理工大学地球物理学院 2.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院德阳分院

横波穿过裂缝时会分裂为沿着裂缝的快横波和垂直裂缝的慢横波,在转换波处理时为了提高径向分量的成像质量,通常需要进行横波分裂方位各向异性校正处理。为此,通过构建互相垂直的径向和横向分量对,实现了A lfo rd旋转方法对转换波数据的快慢横波分离,并完成了转换横波分裂方位各向异性校正处理。首先,在浅层时窗内根据快、慢横波分离方法得到裂缝方向以及快、慢横波,并求取快、慢横波之间的时延;然后,将时延应用于慢横波作时延补偿;最后,将快横波和时延补偿后的慢横波旋转回原来的径向和横向方向,得到新的径向和横向分量。依照该方法对川西地区地震勘探资料中深层或深层时窗内的转换波数据进行处理,大大改善了转换波径向分量的成像质量。

转换波 各向异性 A lfo rd旋转 快波 慢波 四川盆地 西 地震资料 成像质量

横波不平行也不垂直穿过裂缝时会发生分裂,质点振动沿裂缝走向时,传播速度快,称为快横波,质点振动垂直裂缝走向时传播速度慢,称为慢横波[1]。横波与裂缝方位呈一定的角度时才会发生分裂,分裂的快慢横波的强弱与裂缝的强度密切相关。当进行纵波源激发的转换波勘探时,下行纵波遇到分界面时会转换成横波,横波在向上传播过程中遇到裂缝时,同样会发生分裂。因此,两个横波分量检波器接收到的信号中既有快横波也有慢横波信息。在三维转换波处理时,需要将两个横波分量旋转到炮点和检波点方向(径向分量)和垂直于炮点和检波点方向(横向分量)。在宽方位转换波数据上,受到快慢横波的影响,径向分量的方位道集同相轴呈现“正弦”或者“余弦”状并表现出较大的方位时差,而横向分量方位道集每间隔90°会发生极性反转[2]。在宽方位转换波数据的成像处理时,需要将横向分量的能量校正到径向分量上以消除径向分量的方位时差并提高成像质量[3]。

笔者基于A lford旋转方法,实现了宽方位转换波的快慢横波分离,并形成了方位各向异性校正技术。根据四川盆地西部地区的宽方位三维三分量资料,完成了转换横波分裂方位各向异性校正处理。

1 方法原理

1.1 快慢横波分离技术

构造接收信号矩阵:

式中S1为快横波;S2为慢横波。

对式(3)正交旋转变换后,可得S=RTVR。

在实际数据处理中,分别记S的对角元素为S1、S12、S21和 S2,在转换横波分裂分析处理中,根据 A lford旋转理论S的对角元素展开式为:

反旋转后得到 R1、T1和 R2、T2分别是:

根据式(4)可以得到分离快慢横波的两种判别方法:第一种方法是在忽略噪声干扰与快慢横波不同的衰减影响条件下,快慢横波应该是相似的,求取和的互相关便可分离快慢横波[4-5],这种方法可以得到角度—时延谱;第二种方法是最小化斜对角线元素来分离快慢横波。实际数据处理中,常常采用第一种方法来分离快慢横波。

1.2 方位各向异性校正技术

转换横波分裂分析方位各向异性校正技术,主要实现以下几个步骤。

1)根据径向和横向方位数据确定一个浅层分析时窗,在分析时窗内按照前面所述的快慢横波分离技术求取快慢横波。如果有多个方位角数据,则需要分别求取各个方位的快慢横波,然后进行累加。

2)根据快慢横波相似原则,求取快慢横波互相关值,解释角度—时延谱得到各向异性方向和快慢横波时延。

3)将快慢横波时延用于慢横波上,作时延补偿。

4)根据各向异性方位角,利用反旋转技术将快横波和时延补偿后的慢横波反旋转回原来的径向和横向方向上,得到各向异性校正后的径向和横向分量。

5)在完成浅层时窗横波分裂方位各向异性校正后的数据上,进行深层数据的分析和处理。

2 实际数据处理

将宽方位转换波的径向和横向分量数据分成不同的方位角扇区,扇区划分一般为36个或者12个。在每个方位角扇区内限制最大偏移距,以满足各个方位数据均衡,并按照方位各向同性处理思路进行处理[6-8]。根据川西地区宽方位转换波资料的特点设置浅层分析时窗时间为2.3～2.5 s。在该分析时窗内,首先确定各向异性方向、快慢横波时差,再进行慢横波时延补偿,最后旋转回原来的径向和横向分量。

图1 浅层分析时窗内某个位置的角度—时延谱图

图2 浅层方位各向异性校正前、后径向分量叠加剖面图

图1为浅层分析时窗内某个CDP位置的角度—时延图,从图1中可以看出,该位置的各向异性方向约90°(即东西方向),快慢横波时差超过40 m s,表明浅层各向异性特征明显。图2是浅层方位各向异性校正前后的径向分量叠加剖面对比,从图2中可以看出,经过方位各向异性校正后的剖面的连续性得到了较大的提高,有效反射得到了加强,成像质量得到了明显的改善。与此同时,浅层分析时窗以下的径向分量数据的能量也发生了变化,说明各向异性具有“传递”作用,上层的各向异性会影响下层。

校正了浅层方位各向异性后,在此数据基础上,设置中深层分析时窗为3.5～3.7 s。图3为中深层分析时窗内与图1相同CDP位置的角度—时延谱。对比图3和图1可知,中深层快慢横波时差明显小于浅层。这主要是因为校正浅层的方位各向异性后,中深层各向异性主要由地下裂缝引起,其强度要远弱于上覆地层引起的方位各向异性。同理,利用横波分裂方位各向异性校正方法对中深层数据进行处理,图4为中深层校正处理后的径向分量叠加剖面。对比图4和图2-b可知,中深层的成像质量得到了进一步的提高。

图4 中深层方位各向异性校正后的径向分量叠加剖面图

3 结论

1)A lford旋转是横波分裂分析的较好方法,在构建正交的径向和横向分量对的情况下可以用于地面转换波处理。

2)受近地表非均质性等因素的影响,转换横波方位各向异性特征主要体现在浅层。由此,为了提高转换波的成像质量,至少需要消除浅层的方位各向异性。实际数据成像处理时,较好的实现方式是分为浅、中和深层3个时窗进行处理。

3)通过方位各向异性校正处理后,可以大大提高了径向分量剖面的成像质量,这样的数据更有利于纵、横波联合解释和纵、横波叠后联合反演等研究。

[1]CRAM PIN S.A review of wave motion in anisotropic and cracked ealastic-media[J].Wave Motion,1981,3(4): 343-391.

[2]L IXiangyang,CRAMPIN S.Line-transfo rm techniques for p rocessing shear-wave anisotropy in four-component seismic data[J].Geophysics,1993,58(2):240-256.

[3]马昭军,唐建明,徐天吉.多波多分量地震勘探技术研究进展[J].勘探地球物理进展,2010,33(4):247-253.

[4]唐建侯,贺振华,黄德济.角度谱的原理及计算方法[J].石油物探,2003,42(2):196-199.

[5]唐建侯,杨慧珠,贺振华,等.P-SV快慢波旋转分离公式研究[J].天然气工业,2004,24(12):44-47.

[6]黄东山,谢芳,李忠,等.多波多分量技术在广安构造中的初步应用[J],天然气工业,2006,26(8):44-46.

[7]马昭军,唐建明.叠前时间偏移技术在三维转换波处理中的应用[J].石油物探,2007,46(2):174-180.

[8]马昭军,唐建明,杨振武,等.三维转换波处理方法研究与应用[J].天然气工业,2007,27(增刊1):213-215.

Alford Rotation-based an isotropic correction for the converted waves

Liu Hongai1,Ma Zhaojun2,Gan Qigang2

(1.School of Geophysics,Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan 610059,China;2.Deyang B ranch of Exp loration and Development Research Institute,Sinopec Southw est B ranch,Deyang,Sichuan 618000,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 31,ISSUE 3,pp.41243,3/25/2011.(ISSN 100020976;In Chinese)

When crossing a fracture,a shear wave may sp lit into a rapid shear wave p ropagating along the fracture and a slow shear wave p ropagating perpendicular to the fracture.In order to imp rove the imaging quality of radial component,azimuthal anisotropic correction for shear wave sp litting should be performed during the p rocessing of the converted waves.After creating a component pair w ith the radial and lateral components perpendicular to each other,the Alfo rd Rotation Method is used to split the converted waves into a rapid and a slow shear wave,and to perfo rm azimuthal anisotropic co rrection for shearwave sp litting.First,fracture o2 rientation and the rapid and slow shear waves are obtained in the shallow layer,and the time lag between the rapid and slow shear waves is also calculated.Then,the time lag is used to compensate the slow shear wave.Finally,the rapid shear wave and the time2 lag2compensated slow shear wave are rotated to their o riginal radial and lateral orientation respectively,obtaining new radial and lat2 eral components.With thismethod adop ted to p rocess the converted wave data in medium2to2deep o r deep layers in the western Si2 chuan Basin,the imaging quality of the radial component of the converted waves has been significantly imp roved.

converted wave,anisotropy,A lford Rotation,rapid wave,slow wave,Sichuan Basin,west,seismic data,imaging qual2 ity

国家科技重大专项专题“碎屑岩层系大中型油气田富集规律与勘探关键技术”(编号:2008ZX05002-004)、中国石化重点科技攻关项目“HTI介质地震资料叠前偏移技术开发研究”(编号:P09076-T01)。

刘红爱,女,1982生,硕士研究生;主要从事地震资料处理研究工作。地址:(610059)四川省成都市成都理工大学榕树园8-2-2。电话:15183860725。E-mail:mazj_mazj@yahoo.com.cn

刘红爱等.基于A lfo rd旋转的转换波各向异性校正技术.天然气工业,2011,31(3):41-43.

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.03.010

(修改回稿日期 2010-01-12 编辑 韩晓渝)

DO I:10.3787/j.issn.100020976.2011.03.010

L iu Hongai,bo rn in 1982,is studying for an M.Sc.degree,focusing on her research on seismic p rocessing.

Add:Mail Box 822 of Rongshuyuan,Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan 610059,P.R.China

Mobile:+86215183860725 E2mail:mazj_mazj@yahoo.com.cn