VTI介质各向异性叠前时间偏移技术及应用

史鸿祥，宋文杰，孙海军

(中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000)

VTI介质各向异性叠前时间偏移技术及应用

史鸿祥，宋文杰，孙海军

(中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000)

目前地震成像处理中，以各向同性叠前时间偏移为主，其假设地下构造为层状各向同性介质，以直射线或者弯曲射线为主要的走时计算方法。但是在各向异性变化大的地区，该方法导致走时计算不准确，从而造成动校正或者偏移成像存在误差。为此，对VTI各向异性介质中走时的计算方法进行讨论，然后结合实际三维地震资料及构造特点，利用VTI叠前时间偏移成像技术，探索出一种适合于塔里木地区碳酸盐岩缝洞型储层地震资料叠前各向异性成像技术，处理效率和处理效果均得到提高和改善。

塔里木 各向异性 叠前时间偏移 复杂地区 地震数据处理

常规Kirchhoff积分法叠前时间偏移中，通常假设地下介质为水平层状各向同性介质，采用二阶或者四阶走时计算公式来计算成像时间。但是在一些储层复杂地区，例如在碳酸岩沉积区，由裂隙、溶蚀等地质作用形成的地质异常体的存在，造成储层的横向非均质性，体现在成像上则是成像速度具有各向异性。因此，对于非均质储层，采用常规叠前时间偏移算子无法准确对目标区进行成像。为了解决各向异性介质中走时计算的准确性，很多学者提出了解决办法，如Thomsen[1]提出了利用三个各向异性参数ε，δ，γ结合垂向层速度来表示各向异性条件下的走时计算，该三参数联合垂向层速度是叠前深度偏移中常用的。然而，这三个各向异性参数需要全井段的测井资料来求取，而在实际生产中往往只对目标区层段进行测井施工，并无全井段的测井资料，无法准确求取整个时间层段的各向异性参数。另一方面，利用测井记录求取的微观各向异性参数无法直接用于宏观的叠前成像中。因此在实际生产中基于Thomsen三参数的Kirchhoff积分法叠前深度偏移方法主要克服了成像深度与钻井深度的匹配问题，没有对成像质量有很大的提高。为了提高层状各向异性介质地震资料的成像精度，以VTI介质为基础，Alkhalifah[2-5]等学者从简化各向异性参数入手，在忽略横波速度对纵波走时计算的影响后，提出述纵波传播规律，其中η值是ε，δ的某种差值形式，与ε，δ的大小无关。通过大量的理论测试和实际资料处理表明，利用η值来描述各向异性介质非常有效，该方法不仅适用于弱各向异性介质，同时，也适用于强各向异性介质。这样，应用Alkhalifah提出的非椭圆各向异性参数，基于VTI介质的Kirchhoff积分法叠前时间偏移是解决一些类似于溶洞型的复杂储层地震成像的一种有效途径。王建立[6-8]等学者在山地资料处理中采用VTI各向异性叠前时间偏移技术取得了良好效果。在塔里木哈拉哈塘地区，目的层地层倾角较小，其内分布大小不一的缝洞、溶洞，横向非均质性强，在速度上表现出强烈的各向异性，经过简化处理，把类似储层简化为VTI介质来处理。

本文借鉴以上的处理理方法和经验，通过理论研究和实际应用，针对上述地区碳酸盐岩缝洞型储层地震资料特点，提出一套针对性的速度提取、各向异性参数分析和叠前成像的技术流程，为后续研究提供新的思路。

1 VTI介质中Kirchhoff积分法叠前偏移基本原理

Kirchhoff叠前时间偏移是建立在波动方程Kirchhoff积分解的基础上，把Kirchhoff积分中的格林函数用它的高频近似解来代替。其基本过程包括从震源和接收点同时向成像点进行射线追踪或波前计算，得到走时表，然后按照相应走时表中时间，从地震记录中拾取对应的振幅进行叠加求和，如果所有的路径计算得到的走时都正确，那么对应的所有记录数据的叠加结果会在某些部位产生极大值，这些极大值就给出了反射体的位置。如图1所示，设S点为炮点、R点为接收点、M为地面观测点的中心点位置即通常所说的CMP点、O点为地下反射点，I点为O点法向对应的地面点。

图1 叠前时间偏移

令(xs,z=0)，(xr,z=0)(x,z=0)分别代表炮点、检波点和反射点的坐标，那么令p(xs,xr,z=0)为波场在地表观测得到的波场值。可推导出地下反射点(x,z)处在t时刻的波场值为：

(1)

在上式中，令τ表示地震波走时，可以表示为：

(2)

其中τs,τr分别为炮点和检波点到成像点的走时，x为地震数据中心点的坐标，x0为成像点的坐标，h为半炮检距，在各向同性介质中τs,τr的表达式为：

(3)

(4)

分析以上(1)-(4)公式，提高偏移成像精度的主要方法是提高走时的计算精度，(3)式和(4)式仅仅表示了各向同性介质中走时的计算方法，对于类似于哈拉哈塘地区横向储层变化较大情况下并不适用，因此就需要引入各向异性条件下的走时计算方法，Alkhalifah[6]给出了VTI介质中地震纵波非双曲走时的三阶Taylor展开公式，以及在VTI条件下炮点、检波点到成像点的走时分别为：

(5)

(6)

这里：

(7)

在忽略掉横波速度vs对纵波的影响后，(7)式变为：

(8)

ys=2(x-x0-h)，yg=2(x-x0+h)，ε和δ是Thmosen各向异性参数，vrms是偏移速度，可以利用小偏移距、小偏移孔径下的常规叠前时间偏移速度分析得到，Thmosen和Winterstein[7]等给出了不同岩性的ε和δ值，根据(8)可以预测η值的范围，ps和pg分别是炮点、接收点相对于成像点的射线参数，实际处理中可以通过垂向或者百分比扫描来得到各层的η值。

2 VTI各向异性Kirchhoff叠前时间偏 移处理流程

进行各向异性叠前时间偏移处理之前，首先要准确求取偏移速度和非椭圆各向异性参数，在此基础上测试偏移孔径和反假频参数，最后进行全数据体偏移。求取成像速度和各向异性参数η，需要两步，首先进行常规叠前时间偏移，利用小反射角道集或者小偏移距道集求取准确的偏移速度场，然后再利用双谱分析方法进行各向异性参数拾取，在此基础上还可进行高密度各向异性参数分析和拾取。根据在哈拉哈塘地区的实际应用，探讨了一种适合于各向异性叠前时间偏移处理的技术流程，具体实现过程如下：

(1)分析测井、钻井和录井资料，确定工区目的层岩性和速度规律，利用叠后时间偏移结果或者初步的叠前时间偏移结果进行层位解释，根据公式(7)确定不同层内各向异性参数η的取值范围，按照比例系数形成不同初始η值场。

(2)根据叠后时间偏移速度场和地质分层数据确定初始的vmig速度场。

(3)输入预处理后的CMP道集，选定小偏移距，采用中等偏移孔径，进行常规叠前时间偏移速度分析，在这一步可以采取多种方式，即可沿层进行偏移速度分析，也可垂向偏移速度分析，在这一步中判别的准则是在小偏移距成像道集上同相轴是否水平。

(4)拾取水平道集处的vmig，形成新的偏移速度体。

(5)重复步骤(3)和步骤(4)，形成最终偏移速度场。

图2 各向异性叠前时间偏移流程

(6)以(5)中偏移速度场为基础，分别输入(1)得到的不同η值场在速度线上进行全偏移距的各向异性叠前时间偏移处理，得到不同成像结果。

(7)采用各向异性参数扫描或者双谱分析，求取η值，这里的判别准则是远偏移距的成像道集是否拉平，根据需要可以进行多次迭代分析，得到较为准确的各向异性参数，形成最终的各向异性参数场。

(8)利用最终偏移速度场和各向异性参数场，进行最终的各向异性叠前时间偏移处理，得到最终的成像结果。

3 实际应用效果

研究区位于塔里木盆地哈拉哈塘地区，该区整体上反射层比较齐全，资料整体信噪比较高。奥陶系潜山顶面为主要目的层，该目的层频率为中—低频，连续性好，反射能量强，储层类型主要为“缝洞型”和“洞穴型”，气藏类型为以缓潜山背斜气藏，由于受岩溶储层控制，横向上非均质性较强。常规各向同性叠前成像不能满足成像精度的要求，为此在该区开展各向异性叠前成像的处理研究。

图3 最终叠前时间偏移速度场(上)、各向异性参数场(下)

图3是本次试处理的最终速度场和各向异性参数场，从图上可以看出偏移速度场变化较大，而各向异性参数场变化比较缓慢。图4是常规叠前时间偏移道集(左边)和VTI叠前时间偏移道集(右边)对比，从这两个道集可以看出在小偏移距的成像道集上，同相轴比较水平，说明本次的成像速度是合适的，但是在中、远偏移距上，出现明显差异，如箭头所示，左边的同相轴出现上翘情况，即通常所说的“曲棍球杆”现象，而右边的同相轴较平，说明各向异性叠前时间偏移能够有效解决中、远偏移距成像不准确的问题。图5是偏移速度相同的情况下不同成像结果对比，对比常规成像结果(上)和各向异性成像结果(下)，新结果中克服了“串珠”两侧的尾巴效应，如箭头所示，其收敛性明显得到改善，更好地描述了该区横向非均质性，为后续的储层研究提供可靠的基础资料。

图4 常规叠前时间偏移道集(左)、VTI叠前时间偏移道集(右)

图5 常规叠前时间偏移成果(上)、VTI叠前时间偏移成果(下)

4 结束语

根据塔里木盆地哈拉哈塘地区地震资料的特点，在偏移速度场准确的基础上，利用测井、钻井、录井资料，确定各向异性参数初始值，然后通过多次速度-各向异性参数迭代分析，得到准确的各向异性参数场，最后利用VTI叠前时间偏移进行最终处理。从处理效率看，本处理流程具有简捷、高效、易于实现的特点；从处理效果看，各向异性叠前时间偏移比常规叠前时间偏移在非均匀性介质地震资料成像中更能真实地反映地下构造，为以后解决该类构造成像提供了有效的技术手段。

[1] Thomsen L.Weak elastic anisotropy [J].Geophysics，1986，51:1954-1966.

[2] Alkhalifah T,Tsvankin I.Velocity analysis for transversely isotropic media [J].Geophysics，1995，60:1550-1566.

[3] Alkhalifah.Transformation to zero offset in transversely isotropic media[J].Geophysics，1996，61:947-963.

[4] Alkhalifah TA.Velocity analysis using nonhyperbolic moveout in transversely isotropic media[J].Geophysics，1997，62:1839-1854.

[5] Alkkalifah.Kirchhoff time migration for transversely isotropic media:An application to Trinidad data[J].Geophysics，2006，71:S29-S35.

[6] 王建立，周纳，王真理，等.VTI介质叠前时间偏移及实例分析[J]，石油天然气学报，2010，32(3):228-230.

[7] 王建立，方正茂，杨长春，等.高阶优化走时计算方法及在地震成像中的应用[J].石油地球物理勘探，2012，47(1)：63-67.

[8] 王建立，张洪宙，王真理，等.非椭圆各向异性介质高阶优化走时计算方法及应用[J].地球物理学进展，2012，27(3)：1195-1201.

(编辑 韩 枫)

The prestack time migration in VTI media and its application

Shi Hongxiang，Song Wenjie，Sun Haijun

(ExplorationandDevelopmentInstituteofPetroChinaTarimOilfieldCo.，XinJiang841000，China)

Currently，the conventional pre-stack time migration often assums the underground structures are isotropic medium,and the direct line or curved rays are the main method of travel -time calculation.but in areas with big change in anisotropy，this assumption will cause inaccurate travel -time calculation，resulting in errors of NMO or migration imaging.This article first discusses the calculation method of travel time in VTI anisotropic medium，and then combined with three-dimensional seismic data and structure features，with the use of VTI pre-stack time migration imaging techniques，explores a seismic data pre-stack anisotropy imaging technique suitable for carbonate rock cave reservoir of Tarim area.As a result,the processing efficiency and result has been improved.

Tarim；anisotropy；pre-stack imaging；complex mountain；seismic data processing

2015-11-26；改回日期：2016-03-04。

史鸿祥(1965—)，高级工程师，塔里木油田塔北勘探开发项目经理部经理。电话13910061179,E-mail：luhm.syky@sinopec.com。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.02.006

P631.4

A