大偏移距地震资料各向异性动校正方法研究及效果分析

张军华，臧胜涛，孟宪军，王玉梅，刘立彬

（1.中国石油大学 地球科学与技术学院，青岛 266555；2.中国石油化工股份有限公司 胜利油田分公司物探研究院，山东 东营 257022）

大偏移距地震资料各向异性动校正方法研究及效果分析

张军华1，臧胜涛1，孟宪军2，王玉梅2，刘立彬2

（1.中国石油大学 地球科学与技术学院，青岛 266555；2.中国石油化工股份有限公司 胜利油田分公司物探研究院，山东 东营 257022）

由于介质的非均匀性，反射层的弯曲性，以及介质的各向异性，使得反射波旅行时不再是双曲线的形式，从而使常规动校正产生较大误差。这里从理论上分析了大偏移距处出现动校不平的原因，指出了介质的各向异性是影响地震资料大偏移距处速度分析精度的主要因素，并对Hake、Castle和Alkhalifah三种各向异性动校正理论及其应用效果做了细致研究。结果表明，在偏移距～深度比小于“1”时，几种动校正方法与常规动校正差别不大：在大偏移距处，Hake方法具有较大的误差；Castle能够得到较好的效果；Alkhalifah方法在大炮检距任意各向异性强度下都可以得到比较精确的校正结果。对应用效果最好的Alkhalifah各向异性动校正进行了算法实现，并基于Java语言的开发环境，编制了各向异性速度分析和非双曲动校正的软件，在模型测试和实际资料的应用中取得了良好的效果。

大偏移距；各向异性；速度分析；动校正

0 前言

动校正是地震资料处理的关键环节，基于双曲时差分析的常规动校正，在大偏移距处往往会出现动校不平的问题，严重影响了地震资料处理解释的后续工作，这就需要一种更加精确的动校正方法来解决这一问题。综合考虑各向异性因素对地震波传播的影响，人们提出了非双曲时差校正，并在实际地震资料处理中取得了很好的应用效果。Muir和Dellinger［1］引入非椭圆无维参数f，提出了一种非双曲时差近似法；Thomsen［2］提出了具有明确物理意义的各向异性参数ε、δ、γ，并给出了基于这些参数的相速度和时差速度在弱各向异性条件下的表达式；Tsvankin和Thomsen［3］给出了任意各向异性强度的VTI介质中非双曲P波时差表达式；Alkhalifah和 Tsvankin［4］、Alkhalifah［5］引入了一个新的各向异性参数η，并同时给出了在单层水平弱反射各向异性介质中，进行P波反射的非双曲时差速度分析方法；Siliqi和Bousquie［6］认为在大偏移距时产生的剩余时差主要是因为各向异性，并推导了在具有对称轴的各向异性垂向非均匀介质中的非双曲时距曲线公式；Silliqi和 Meur等［7］指出速度V和参数η，对时差的影响在偏移距方向上并不是均匀分布的，如果说速度在整个偏移距上都有影响，那么η对时差的影响则主要集中在大偏移距处；薛冈等［8］认为对大炮检距地震资料动校正时并不是用的阶数越高，动校正的精度就越好。罗省贤等［9］采用双平方根对大偏移距和强各向异性介质进行速度分析，实现了高精度各向异性介质多波速度分析和各向异性参数的提取；尤建军等［10］建立了最优化Alkhalifah动校正方程，实现了对VTI介质长偏移距地震资料常规动校正方程的改进；杜启振等［11］在走时公式的基础上，加入了含炮检距的四次项，并采用分式展开法表示，清楚地描述了横向各项同性介质中速度随炮检距的变化；付强等［12］利用非双曲时差理论，计算P波走时，通过速度谱分析获得水平界面的双曲时差速度和各向异性参数，在此基础上对资料进行动校正和叠加；马昭军等［13］采用四参数各向异性速度分析方法估计叠加速度场，取得了较好效果；肖思和等［14］针对转换波的特殊性，对各向异性速度分析和动校正提出了几个问题和相应的对策。

作者在本文在理论上分析了大偏移距地震资料动校不平的原因，并对Hake、Castle和Alkhalifah三种基于各向异性的非双曲动校正理论做了细致的研究，结合常规双曲时差动校正，通过模型试算对比分析了这几种方法的应用效果，并基于Java语言平台，开发了各向异性速度分析和非双曲动校正的相应的软件，可以进行多种方法的速度分析和η谱的拾取，最后对比分析了常规方法和非双曲方法在实际资料中的应用效果，表明非双曲动校正可以很好地解决大偏移距动校不平的问题。

1 大偏移距资料动校不平问题的理论分析

基于双曲时差分析的常规动校正公式，在应用时需要两个前提：①各向同性（椭圆各向异性除外）均匀介质；②中、近炮检距排列。但是，实际地球介质具有广泛且不同程度的各向异性、非均匀性，并且在复杂的地质结构等综合因素的影响下，使得反射波时距曲线不再具备双曲线的形式，而是复杂的曲线形式。另一方面，在地震数据采集中，为了获得深部高速层及远角道集资料，以及考虑到工作成本和工作效率等多方面的因素，常常使用大排列采集方式，得到大量的大偏移距地震数据。因此，在实际地震资料处理时，常规动校正方法往往出现远道动校不平的问题。实际上，各向异性主要影响大偏移距地震资料，对中、小偏移距资料的影响可以忽略，常规动校正就可满足中、小偏移距资料的处理要求，在实际工作中，人们也是这样做的。而在大偏移距时，各向异性的影响就会加大，反射波走时的非双曲性就会更加显著，如图1所示，Hyperbolic、Alkhalifah和Exact分别表示常规双曲线旅行时、Alkhalifah各向异性旅行时和射线追踪方法求得的精确旅行时。由此可见，对于各向异性介质，如果仍然采用常规动校正方法，就会有较大的误差，并且这种误差随着偏移距的增大而增大。

图1 各向异性对旅行时的影响Fig.1 The impact of anisotropy on the travel time

2 各向异性动校正公式及效果比较

2.1 主要各向异性非双曲动校正公式

（1）Hake［10］四阶时差分析公式。Hake［15］均匀各向异性时差分析公式如下：

其中 v4为四阶平均速度。Siliqi引入非椭圆速度van，用van代替v4，则有

式中 v4（t0）是有效四阶平均速度；η为Alkhalifah各向异性参数。

（2）Castle［11］平移双曲线时差分析公式。Castle［16］提出的分析各向异性纵波旅行时差的平移双曲线公式为式（3）。

（3）Alkhalifah非双曲时差公式。Alkhalifah和Tsvankin（1995）给出的基于VTI介质的各向异性非双曲时距曲线方程，如式（4）所示。

式中 VNMO为NMO速度为表征非双曲程度的各向异性参数。

2.2 各种方法效果对比与分析

我们通过建立不同的各向异性介质模型（见表1），应用上述几种基于各向异性的非双曲动校正公式，结合常规双曲动校正方法，对比分析它们对大偏移距地震数据动校正的影响。

图2为依据上述各向异性非双曲动校正方法，对表1中VTI介质模型所做的动校正效果对比图。无论是泥岩模型，还是砂岩模型，这几种方法都具有一样的趋势特征：

（1）在偏移距～深度比小于“1”时，几种动校正方法与常规动校正差别不大，也就是说各向异性对动校正的影响在近偏移距处可以忽略。

（2）在大偏移距处，这几种方法均出现了不同程度的动校不平的问题。

相对而言，①Hake方法出现的误差较大，尤其是在泥岩介质中，误差随着偏移距的增大明显变大；②Castle方法优于常规动校正方法，但是仍不能满足人们的精度要求；③Alkhalifah非双曲动校正具有较好的动校正效果，无论是近道还是远道都能得到很好的拉平效果。

表1 VTI介质模型参数表Tab.1 Parameters of different VTI models

3 Alkhalifah方法算法实现及软件开发

根据各向异性介质速度分析的基本原理以及参数的转化过程，我们基于Java语言良好的跨平台特性和可移植性，开发了各向异性介质速度分析软件，其主界面见下页图3。该软件完全跨平台环境，与操作系统无关，在 Windows／Linux／Unix系统下均可运行，只需要相应的Java虚拟机JVM（Java Virtual Machine）即可。其主要功能是：

（1）输入并显示要处理的地震数据。

（2）能够采用常规速度分析方法和Eta（η）谱分析方法进行速度分析，并能手动拾取速度值和Eta值，进行传统的双曲动校正和非双曲各向异性动校正。

（3）最后可以输出速度谱、Eta谱、拾取的速度值、拾取的Eta值以及动校正后的地震数据。

图2 VTI介质模型非双曲时差动校正方法比较Fig.2 Comparison of non－hyperbolic NMO for VTI models

图3 软件主界面Fig.3 The main interface of the software

其中速度分析模块如下页图4（a）所示，点击下拉菜单Method Selected，就会出现图4（b）所示（见下页）界面，可以从该界面选择速度分析的方法，主要有叠加能量法（Stack energy）、基于特征值（Eigen structure based）、归一化互相关（Normalized crosscorrelation）、选择性归一化互相关（Normalized selective crosscorrelation）、非归一化互相关（Unnormalized crosscorrelation）、选择性非归一化互相关（Unnormalized selective crosscorrelation）、统计性相位相关（Statistical phase correlation）的这几种速度分析方法。点击下拉菜单Velocity Analysis Parameter，则出现如下页图4（c）所示界面，可以选择速度分析的参数。同样地，在各向异性速度分析中，点击Eta Analysis Parameter，则有如图4（d）所示（见下页）的Eta谱分析参数选择界面，本软件其它功能模块不再做详细展示。

4 实际资料应用及效果分析

将Alkhalifah方法应用到实际地震资料的处理中，对于某一实际资料的CMP道集，我们分别应用常规方法和Alkhalifah方法做动校正处理。Alkhalifah方法的具体做法是首先利用小偏移距资料，采用常规的速度分析方法拾取CMP道集上动校正的速度，将拾取到的动校正速度代入到Alkhalifah时差公式（4）中，进行二次扫描，得到各向异性参数η，利用得到的动校正速度和各向异性参数，即可实现非双曲各向异性动校正。与常规双曲时差动校正相比，Alkhalifah方法取得了较好的应用效果（见下页图5），常规动校正剖面（见图5（b））在大偏移距处有动校不平的现象（4 600ms处），利用Alkhalifah非双曲动校正就可以解决这个问题（见图5（c）），二者之间的校正时差约为25ms。同时，该方法还大大增强了动校正后的反射波能量，改善了分辨率，提高了同相轴的连续性，并且远偏移距信息可以有效地参与叠加成像，避免了因为远偏移距被切除或动校不平造成的剖面质量下降，从而为后续的地震解释工作创造了有利条件。

5 结论

作者在本文中，从理论上分析了大偏移距处动校不平的原因，对Hake、Castle和Alkhalifah三种各向异性动校正理论及其应用效果做了细致研究，开发了基于Java语言的各向异性速度分析和非双曲动校正软件，在模型测试与实际资料的应用中都取得了良好的效果，并得出如下几点结论：

（1）基于双曲时差分析的常规动校正方法，在实际资料处理中往往会出现动校不平的现象。这是由于介质的不均匀性，反射层的弯曲性，以及介质的各向异性等综合因素的影响，导致反射波旅行时不再是双曲线的形式，而是复杂的曲线形式。

（2）各向异性对中小偏移距影响不大，而在大偏移距处有较大的影响，常规动校正在大偏移距处会产生误差，并且这种误差随着偏移距的增大而增大。对中小偏移距地震资料，常规动校正方法可满足精度要求；而对于大偏移距地震资料，则需要进行基于各向异性的非双曲速度分析。

（3）基于各向异性的非双曲动校正，能够改善大排列远道集的动校正效果，其中Hake方法在大偏移距处仍然具有较大的误差；Castle方法能够得到较好的效果；Alkhalifah方法在大炮检距任意各向异性强度下，都可以得到比较精确的校正结果。

（4）Java语言开发环境下的各向异性速度分析和非双曲动校正软件，具有良好的可移植性，可以进行多种速度分析方法的应用，模型测试和实际资料应用都取得较好的效果。

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P 631.4＋43

A

10.3969／j.issn.1001－1749.2012.05.05

1001—1749（2012）05—0527—06

2011－11－07 改回日期：2012－06－26

张军华（1965－），男，博士生导师，教授，长期从事地震资料处理和解释方法研究。编著有《地震数据处理方法》、《信号分析与处理学习指导书》等本科生教材和《地震资料去噪方法——原理、算法、编程、应用》、《地震属性分析技术》、《断块、裂缝型油气藏地震精细描述技术》等专著。以第一作者公开发表论文七十余篇。