宽方位地震OVT域方位各向异性校正技术

2021-02-05张丽艳杨建国李士超姚玉来

石油地球物理勘探 2021年1期

李昂张丽艳* 杨建国李娜李士超姚玉来

(①中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳 110000； ②中国石油大庆油田勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712)

0 引言

油气勘探的深入对地震勘探技术的要求越来越高，同时也促进了地震数据采集技术的发展和进步，如从二维地震发展到三维地震，从窄方位地震发展到宽方位地震[1]。相对于窄方位地震而言，宽方位地震在提高资料成像精度、振幅保真及裂缝预测等方面都具有显著优势，因此逐渐成为业界关注的焦点[2-4]。相应的宽方位地震数据处理技术也应运而生，OVT域处理即是针对宽方位地震数据的主流处理技术，具有效果好、易实现等特点。更重要的是通过OVT域处理后的数据是同时保留了炮检距和方位角等特征的“五维”数据体[5]，可以为后续的储层预测及流体识别提供更充分、有效的信息，这也体现了宽方位地震数据处理与常规三维地震数据处理相比存在的差异及具有的优势[6-7]。

地下介质普遍存在各向异性，它显然会影响地震成像的精度[8-9]。早期的常规地震数据处理，是基于各向同性理论进行的，未考虑各向异性影响。后来认识到大炮检距数据的各向异性影响不能忽略，遂将基于各向同性的处理扩展到弱各向异性介质的处理，即考虑了VTI介质的各向异性。但受地震数据采集的限制，没有考虑方位各向异性影响，原因是窄方位采集的地震道在不同方位角内分布不均匀，方位各向异性处理不能充分展开。

随着宽方位地震勘探日渐普及而发展起来的方位各向异性处理技术，是指利用方位各向异性信息做方位各向异性校正，以提高分辨率或开展应力场分析及裂缝预测等。众多学者在探究利用宽方位资料进行方位各向异性校正处理的方法，如分方位处理[10-12]是一种人为干预性很强的处理技术，即处理员凭经验将数据体分为若干方位角，并在各方位角内进行处理，但无论怎样精细划分都存在方位角分布不均衡现象，有的方位角内地震道多，有的方位角内地震道少；还会导致各方位角内覆盖次数呈现很强不均衡性。另外，分方位处理尤其在速度分析时需耗费大量人力和处理机时，也会严重拉长数据处理周期[13]。Al-Dajani等[14]和Grechka等[15]根据非双曲时距方程4次项系数表达式，利用宽方位数据重构NMO速度椭圆，获得与方位有关的NMO速度，进行方位各向异性校正。该做法相对合理，但对资料品质的要求很高，且纵横向速度分析点都要进行方位速度分析和拾取，实际中很难操作和实现。还有一种方位各向异性校正方法的思路是基于模型道的方位时差，即在成像后的方位各向异性道集上采用模型道相关法逐层剥离进行校正，该方法能较好地解决标准层时差校正问题，但层间时差难以彻底解决，且可能出现变差情形[16-17]。

OVT域方位各向异性校正的主要方法有速度模型迭代和相干谱拾取两种。其中速度模型迭代法主要通过互相关在道集上拾取“螺旋形”时差，对旅行时差进行反演，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，进而对道集进行方位各向异性校正，该方法需将偏移后道集叠加作为引导，只适用于共炮检距和共角度道集，对方位角覆盖密度要求较高。相干谱拾取法是以笛卡尔坐标系表述各向异性特征，对偏移后的OVG(offset vector gather)矢量道集(也称作“蜗牛”道集)进行反演，得到方位各向异性的方位角和各向异性强度，再做方位各向异性校正。本文基于宽方位地震数据，采用OVT域处理技术实现偏移前数据分方位均匀抽取，进行偏移得到OVG道集；对比分析常规偏移CRP(共反射点)道集与OVT域偏移后OVG道集二者的特征及差异；通过相干谱拾取法进行参数反演，得到表征各向异性传播的三个参数，进而求出快慢波速度和方位角，进行时差校正；最后通过理论模型和实际OVG道集验证了基于相干谱拾取方法对方位各向异性时差校正的有效性。

1 OVT域方位各向异性特征分析

OVT技术更新了叠前数据的排列方式，在OVT域针对宽方位地震数据能有效地改善处理效果，提高成像质量。OVT的概念首先由Vermeer[18]提出，尔后Cary[19]和Starr[20]相继开展了相关研究，如OVT道集的生成及方位属性具有的优势等。OVT处理技术流程大致分为三步： ①资料预处理，与常规三维资料预处理类似，主要是前期的去噪、静校正及反褶积等，因OVT叠前道集信噪比通常低于常规CRP道集，故在此环节应注重提高信噪比处理； ②抽取OVT道集并做偏移处理，得到具有方位角特征的矢量OVG道集，即可在OVG道集上定性地预测地下方位各向异性的方向和强度[21-23]； ③对偏移后的OVG道集进行反演，可定量地得到各向异性的方位角和各向异性速度场信息，利用这些信息进行方位各向异性校正，提高成像质量。具体实现流程如图1所示。

图1 方位各向异性分析及校正处理流程

常规地震偏移是在炮检距组内进行的，偏移后为CRP道集；宽方位地震偏移一般在OVT域进行，得到不同于CRP的OVG道集。图2是M工区常规偏移的CRP道集(图2a)与OVT域偏移后的OVG道集(图2b)对比，可看出二者的主要差别体现在：

(1)常规偏移的CRP道集上横坐标只有炮检距信息，偏移后不存在方位角信息；而OVT域偏移的方位各向异性道集横向上不仅包含炮检距信息，同时包含方位角信息，且方位道集随方位角呈周期性变化(图2b，红色曲线，范围是0°～360°)。

(2)常规CRP道集偏移时采用人为炮检距分组，所以最终CRP道集上每个炮检距只有一道，而方位各向异性道集不存在人为分组情况，每个炮检距有多个地震道，且这些地震道来自不同方位。

(3)CRP道集的最终覆盖次数决定于炮检距分组，还存在分组不均匀情况，即在CRP道集常见的中等炮检距组能量强、近炮检距组和远炮检距组能量弱等现象(图2a)；方位各向异性道集的覆盖次数均匀，与整个工区覆盖次数基本相同。

(4)由于CRP道集未考虑方位角影响，在道集上表现出同相轴不平，方位道集同相轴随方位角呈周期性变化(图2b紫框(1600～2000ms)范围)，即波浪形曲线特征，可根据该特征定性确定地下裂缝发育方位，波浪形曲线的峰值通常指示裂缝发育主方向，峰值大小表征裂缝发育强度。

图2 常规偏移的CRP道集(a)和OVT域偏移的方位各向异性道集(b)

2 OVT域方位各向异性校正处理

2.1 相干谱拾取法方位各向异性校正原理

地震波在裂缝介质或HTI介质中传播满足椭圆方程(图3)，选择一种坐标系表征各向同性与各向异性特征之间的关系。如选取笛卡尔坐标系对方位道集做三维曲面分析，对应地用Q、R、S三个时差校正参变量描述。其中Q表示振幅随炮检距的变化率，表征各向同性部分，当不存在方位各向异性变化时，曲面呈各向同性椭球体；当存在各向异性时，R、S分别表示Inline和Crossline方向椭球的不规则曲率。

图3 快、慢波传播椭圆示意图

曲面上拾取的剩余时差Δt表示为

Δt=Q(x2+y2)+R(x2-y2)+S(2xy)

(1)

式中x和y分别是横向和纵向炮检距。

Δt已知，Q、R、S是待求参数。假设分析的CIG道集内有N道，那么式(1)可通过N道记录组成线性方程组

AX=b

(2)

其中

通过最小二乘法可求出Q、R、S。其中Q可分解为快波方向和慢波方向的参变量，利用Rüger[24]提出的HTI介质纵波反射系数公式，并通过快慢波矢量分解，可定义

(3)

(4)

(5)

式中α为方位角，且有

α=0.5arctan(S/R)

(6)

这样，由式(3)～式(5)可推导出

(7)

进而得到

(8)

(9)

则快、慢波速度与快、慢波参变量之间存在关系

(10)

(11)

式中：τ是时间；Viso(τ)是τ时刻各向同性速度。

进而可求出某一CDP点的动校正速度

(12)

式中φ为炮—检方向与Inline方向的夹角。

总之，将叠加剖面中相干性较好部分作为骨架，参考偏移后具有方位特性的OVG道集，可反演出Q、R、S，并求取方位各向异性的方位角和快、慢波速度及动校正速度，以便开展方位各向异性校正。

2.2 理论模型验证

设计一个各向异性介质模型(图4)，各参数如表1所示，其中第二层含一组裂缝。采用2.5D数据进行裂缝介质正演模拟，从0°～360°，每隔30°的方位角做正演模拟，总共12条测线，这样除了能观测到波场传播特征外，还能从不同方位上观测裂缝介质传播特征。正演模拟采用雷克子波，频率为80Hz，震源位于模型中间，沿x和z方向的采样间隔均为1m，时间采样间隔为1ms。

图4 各向异性介质模型

表1 对应图4模型的参数

从该模型抽取纵波方位各向异性道集(图5a)，同样可看出纵波在裂缝介质中传播时受裂缝影响导致方位道集呈现出明显的各向异性特征，沿裂缝方向传播时速度相对较快、时间短，垂直裂缝方向传播时速度相对较慢、时间长，这样使方位道集表现出随方位变化的“波浪”形曲线。图5b为利用上述相干谱拾取法做方位各向异性校正处理后道集，可见“波浪”形曲线的时差特征消失，同相轴被校平，从上到下几乎不存在同相轴上下振荡现象，较好地解决了方位各向异性问题。

图5 方位各向异性校正前(a)、后(b)道集

3 实际应用效果分析

将本文方法应用于M工区宽方位资料方位各向异性处理，以考察其成像精度。选取该区利用低频可控震源采集的“两宽一高”三维资料，可控震源扫描频率为1.5～96.0Hz，采用单只检波器宽方位接收，横纵比为0.9，覆盖次数为480，面元为5m×5m。将该宽方位资料抽取到OVT域，在OVT域做去噪、偏移等处理得到OVG道集，该道集包含炮检距和方位角信息，且道集上呈现很明显的方位各向异性特征，并随方位呈周期性变化(图6a)。

采用相干谱拾取法对方位各向异性道集进行校正，在笛卡尔坐标系下利用方位各向异性道集的方位角特性做椭圆拟合扫描。从相干谱拾取法反演得到的三个参数(图7a～图7c)及相干谱剖面(图7d)可见，类似于地震剖面，纵向上每个时间样点都存在一定相干值，据此可求出随方位变化的时差校正量，利用该时差校正量对图6a方位各向异性道集做校正(图6b)，通过对比校正前、后方位道集，可见消除了同相轴波浪形起伏，方位各向异性时差得到很好校正(尤其800～1400ms)，为后续高分辨率成像提供了保障。对方位各向异性校正前、后道集进行叠加(图8)，可见方位各向异性校正后的弱信号能量得到增强，成像效果更好(绿色箭头指示处)，更利于后续储层预测和精细解释。