选择性相关法地震资料各向异性参数提取

李 勤，李庆春，李永博

(1.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054;2.长安大学地质工程与测绘学院,陕西西安710054;3.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊065000)

VTI介质指具有垂向对称轴的横向各向同性介质，作为一种典型的各向异性模型，在煤田及油气勘探中具有一定的代表性，成为当前研究的重要问题。实际上，许多学者对于VTI介质中各向异性参数提取作过研究。从20世纪90年代至今，Alkhalifah[1]，Thomsen[2]，Abbad[3]等先后就VTI介质反射波时距关系及各向异性参数提取问题开展研究。其中，特别是Alkhalifah[1]利用反射波非双曲线时差公式对VTI介质中的纵波各向异性参数进行估算，同时估算动校速度vnmo和纵波各向异性参数η，给出了一种经典的分析纵波各向异性参数的方法和流程，一直沿用至今。近些年来，国内学者也在不断地将该方法应用于实践中[4-9]，其中，徐亦鸣等[5]将各向异性参数沿反射界面制作切片图;罗省贤等[6]将提取的各向异性参数用于多波地震资料处理。总体而言，各向异性介质中的各向异性参数提取技术仍需改进，特别是对于弱各向异性情况，各向异性参数谱提取分辨率亟待提高。

我们针对各向异性参数谱的生成和识别问题，引入选择性相关法，对各向异性参数谱的绘制方法进行改进，以提高参数谱的精度和分辨能力。

1 方法原理

1.1 时距曲线方程

各向同性介质中反射波时距曲线是双曲线形式，而实际地下介质由于具有各向异性，其时距曲线方程变为非双曲线形式。VTI介质中，非双曲线形式的反射纵波时距曲线方程为[2]

(1)

式中：x为炮检距;ηeff为纵波各向异性参数;t为纵波双程旅行时;t0为双程零偏移距旅行时。

1.2 选择性相关法

Larner等[10]在叠加速度谱的计算中，提出了选择性相关法;王立明等[11]用选择相关求和提高了转换波速度分析的精度。我们将选择性相关法引入各向异性参数谱的提取计算中，对各向异性参数谱的绘制方法进行改进。

引入到各向异性参数谱中的选择性相关求和公式为

(2)

式中：M是所选道集的总道数;w是给定时窗;dj

为i-j的最小值，是j的函数;dm是dj的最小值;im(j)≡j+d(j);fj,t(j),fi,t(i)分别为各道对应时间的振幅;ptrial为试各向异性参数。

在各向异性参数谱计算中实现选择性相关，首先要从道集中排除一些特定阈值的相关，选出有效的相关。在各向异性参数谱生成时，根据相关系数，只选择道间时差大的相关作为有效的相关，将各道参与计算的重要性进行重新估算，并将各道按照不同权重求和。经论证，这样做生成的谱图能量团更集中[12]。实际操作中，相关系数的选取可以采用试参数的形式，给定相关系数的范围，按照给定间隔进行相关求和，对比生成的谱图，选取合适的相关，以获得高分辨率的谱。

1.3 参数提取过程

各向异性参数提取的精度直接关系动校正效果。Alkhalifah[1]，杜启振等[8]和付强等[9]使用双参数分析法或单参数分析法提取了各向异性参数，然而这些参数提取的分辨率不够理想。为了改善参数提取的精度，我们提出以下各向异性参数提取的主要步骤。

1) 由于炮检距较小时，所获得的地震波叠加速度受各向异性的影响较小，所以，首先选取较小炮检距数据。即当炮检距与深度比x/z<1时，通过速度谱扫描的方式获取vnmo。

2) 当存在大炮检距时，各向异性对反射波旅行时的影响是非常明显的，常使参数谱发散，造成动校拉伸畸变。所以，当炮检距与深度比x/z>1时，利用(1)式时距曲线方程，并引入(2)式选择性相关法，可识别绘制出更高分辨率的ηeff谱，以提高各向异性参数分析的精度。

2 理论模型测试

图1为一个含薄层的各向异性理论模型，目标层厚20m，埋深300m;各层的速度及各向异性参数见图1。采用VTI介质射线追踪合成地震记录，雷克子波主频60Hz，最大炮检距500m，合成的单炮记录如图2所示。由图2可见，由于薄层的影响，薄层顶、底界面反射时差很小，常规方法难以提取分辨参数谱。

图1 含薄层的各向异性介质理论模型

图3为分别采用常规方法和选择性相关法计算的含薄层模型纵波各向异性参数谱。对比图3a和图3b可见，用常规方法得到的参数谱(图3a)中只出现了一个能量团，第2层薄层的参数能量团发散，并与上覆地层信息聚为一体;而用选择性相关法得到的参数谱(图3b)中则清楚地显示出了两个参数能量团，下部较小的能量团正是薄层的体现，且能与上覆地层信息分离开来。

理论模型的正演模拟测试结果表明，引入选择性相关法后得到的各向异性参数谱的分辨率明显提高，能够有效地识别出薄层信息。

图2 各向异性介质薄层模型合成单炮记录

图3 常规方法(a)和选择性相关法(b)计算的纵波各向异性参数谱

3 实际资料应用分析

对实际资料应用本文改进后的方法进行各向异性参数分析试验。选取某探区实际地震资料，其观测系统为每炮240道，道间距30m，采样率2ms，采样时间2000ms。图4a给出了其中的一个原始单炮记录;图4b为对该炮集数据作预处理后再选排抽取的一个CDP道集(CDP430)，该道集共有61道。

为进行各向异性参数分析，首先对CDP430道集中的小排列地震道进行扫描，得到如图5a所示的速度谱。再根据速度谱信息，采用本文改进后方法对大排列数据进行纵波各向异性参数提取，得到如图5b所示的纵波各向异性参数谱。根据速度分析及各向异性参数提取的结果，对CDP430道集按各向异性方法动校正(即同时使用速度和各向异性参数η=0.103进行动校正)后得到的道集如图6a所示;图6b为只对CDP430道集进行各向同性法速度分析，然后按各向同性法动校正(即仅使用速度参数进行动校正)处理的结果。对比图6a与图6b 可见，对于小偏移距的道来说，两者的总体效果没有太大区别，只是约1.5s处的同相轴在各向同性法动校正道集上略有上翘(见图6中A′与A处对比);而从大偏移距道的动校效果来看，加入各向异性参数的动校正后道集(图6a)同相轴校平效果更好，畸变更小，尤其在约1.5s处同相轴可以看到较明显的差别(见图6中B′与B处对比)。

依据1.3节提出的各向异性参数提取步骤，对测线上的CDP道集按一定CDP间隔逐个进行参数求取，表1列出了典型CDP道集的速度与各向异性参数分析结果。由表1可见，在测线CDP430～CDP830范围内，介质各向异性参数在横向上有微弱变化，ηeff从0.103逐渐变小再变大，变化量为2%～5%，表明该地区地层存在弱各向异性。

图4 实际资料原始单炮记录(a)和预处理后抽取的CDP430道集(b)

图5 CDP430速度谱(a)和η参数谱(b)

图6 各向异性动校正(a)和各向同性动校正(b)后的CDP430道集

尽管在弱各向异性介质中，各向同性和各向异性两种方法所得动校正道集的差别不是很明显，然而由于误差的进一步传递与累加，对后续的处理及成像会带来明显的差别。图7是分别采用各向同性法和各向异性法得到的动校正道集进行叠加成像的剖面。对比图7a和图7b可见，相对于各向同性法得到的叠加剖面(图7a)，采用各向异性参数分析法得到的叠加剖面(图7b)目的层同相轴能量增强，连续性明显改善，成像更为清晰。

表1 选定道集的速度与各向异性参数分析结果

图7 各向同性参数分析法(a)和各向异性参数分析法(b)得到的叠加剖面

4 结束语

1) 在地下介质存在各向异性时，大炮检距的反射波仅用叠加速度难以做到完全动校正，必须考虑各向异性参数的影响。传统的各向异性参数求取方法，尤其在遇到薄层或小的目标体时，难以获得较高的分辨率。

2) 理论模型测试结果证实，将选择性相关法引入各向异性参数谱的提取计算中，明显地提高了纵波各向异性参数谱的分辨能力，使得薄层目标的各向异性信息也能提取出来。

3) 弱各向异性地区实际地震资料的应用试验结果表明，采用本文研究改进后的方法，能够减小大炮检距地震道集的动校拉伸畸变，改善复杂地区地震资料的成像质量。

参 考 文 献

[1] Alkhalifah T.Velocity analysis using nonhyperbolic moveout in transversely isotropic media[J].Geophysics,1997,62(6):1839-1854

[2] Thomsen L.Converted-wave reflection seismology over inhome geneous,anisotropic media[J].Geophysics,1999,64(3):678-690

[3] Abbad B,Ursin B,Rappin D.Automatic nonhyperbolic velocity analysis[J].Geophysics,2009,74(2):U1-U12

[4] 张博,韩国立,谭尘青,等.VTI介参考文献质平移初至走时动校正双参数反演[J].石油物探,2012,51(2):119-125

Zhang B,Han L G,Tan C Q,et al.Shifted first-arrival travel time NMO velocity and η inversion for VTI media[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2012,51(2):119-125

[5] 徐亦鸣,黄中玉,刘路佳.各向异性介质纵波速度分析[J].石油物探,2004,43(5):438-449

Xu Y M,Huang Z Y,Liu L J.P-wave velocity analysis in anisotropic media[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2004,43(5):438-449

[6] 罗省贤,李录明,陈春继.VTI介质多波速度与各向异性系数求取及应用[J].物探化探计算技术,2005,27(3):214-219

Luo S X,Li L M,Chen C J.Analysis and application of multiwave velocity and anisotropic coefficients in VTI media[J].Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration,2005,27(3):214-219

[7] 卢明辉,唐建侯,胡彬,等.VTI介质P波非双曲时差分析[J].地球物理学进展,2005,20(2):328-331

Lu M H,Tang J H,Hu B,et al.Analysis of P-wave nonhyperbolic reflection moveout in VTI media[J].Progress in Geophysics,2005,20(2):328-331

[8] 杜启振,孙晶波,刘莲莲.横向各向同性介质纵波非双曲时差速度分析[J].油气地球物理,2007,5(2):5-7

Du Q Z,Sun J B,Liu L L.P-wave nonhyperbolic moveout velocity analysis in transversely isotropic medium[J].Petroleum Geophysics,2007,5(2):5-7

[9] 付强,罗彩明.基于VTI介质理论的P波速度分析和动校正[J].物探化探计算技术,2008,30(1):10-16

Fu Q,Luo C M.P-wave nonhyperbolic moveout analysis in VTI media[J].Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration,2008,30(1):10-16

[10] Larner K,Celis V.Selective-correlation velocity analysis[J].Geophysics,2007,72(2):U11-U19

[11] 王立明,李庆春.选择相关法提高转换波速度分析精度[J].地球物理学进展,2008,21(4):1213-1220

Wang L M,Li Q C.Improving the accuracy of converted-wave velocity analysis with selected-correlation method[J].Progress in Geophysics,2008,21(4):1213-1220

[12] 李勤.VTI介质多波射线追踪及各向异性参数分析[D].西安:长安大学,2011

Li Q.Ray tracing of multi-component seismic waves in VTI media and analysis on anisotropic parameters[D].Xi’an:Chang’an University,2011