201209各向异性克希霍夫叠前深度偏移(石油物探)

文章编号 %...%''%#$.%$$.4.'@+"
%.收稿日期 $.%$.#.*'改回日期 $.%$.@%.(作者简介 周巍#%*+#
)$"女"高级工程师"现主要从事各向异性克希霍夫叠前深度成像工作(
"各向异性克希霍夫叠前深度偏移
周"巍 王鹏燕 杨勤勇 方伍宝 潘宏勋 刘旭跃 郭书娟
中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院 江苏南京$%%%.#
摘要 随着地震勘探精度的提高"各向异性对于常规克希霍夫叠前深度偏移效果的影响已不容忽视(研究了利用1波非双曲旅行时求取各向异性参数的方法"当道集的排列长度远大于勘探目的层深度时"1波走时资料包含的信息可以用来确定C (V 介质的各向异性参数(利用C (V 介质的!\1道集"研究了二步法提取,参数的方法"即先利用短排列地震数据求取均方根动校正速度"再利用长排列数据和水平速度扫描法得到水平速度"通过转换得到各向异性,参数'采用基于声学近似的C (V 介质程函方程"
通过各向异性射线追踪计算旅行时(模型及实际资料处理结果表明"利用上述方法提取各向异性参数"进行C (V 介质各向异性克希霍夫叠前深度偏移"
使成像精度和质量得到了明显提高(
关键词 各向异性参数'叠前深度偏移'速度分析'射线追踪'旅行时Z %#%%.3#*+*!a 36H H >3%...;%''%3$.%$3.43..*中图分类号 1+#%3'文献标识码 -
""克希霍夫叠前深度偏移成像技术具有简便*高效*适用性强等优点"在复杂地区地震勘探中发挥了重要作用(但是近年来随着勘探技术的不断发展"
对成像精度的要求也越来越高"基于各向同性理论的克希霍夫叠前深度偏移已不能满足实际生产的需要"有必要开展各向异性克希霍夫叠前深度偏移研究(
目前"地震资料处理中所指的各向异性介质主要是横向各向同性介质"如上覆地层中广泛存在的页岩和薄互层"会产生具有垂直对称轴的极性各向异性#C (V "横向各向同性$(影响横向各向同性介质的克希霍夫叠前深度偏移的一项关键技术是各向异性射线追踪"
因为克希霍夫叠前深度偏移的主要计算量是射线追踪计算旅行时(各向异性克希霍夫叠前深度偏移与各向同性克希霍夫叠前深度偏移的不同之处就体现在旅行时的计算上"幸运的
是这方面的研究工作近年来取得了很大进展+
%;4
,(影响各向异性介质精确成像的另一项关键技术是各向异性参数的可靠估计(实际生产中深度偏移预测的目标位置不准确并不表明该方法本质上存在错误"而是速度估算方法存在不足(因此"在克希霍夫各向异性叠前深度偏移中"建立正确的地下介质速度场和各向异性参数场#,参数$是非常重要的(
对于横向各向同性介质"%*&+年(0D F H 8>提出了具有明确物理意义的各向异性参数-*!和."
并分别给出了基于这些参数的相速度和时差速度
在任意强度以及弱各向异性条件下的表达式++
,"为
各向异性研究奠定了基础(之后有不少学者对横向各向同性介质的速度特性及各向异性参数估计方法作了大量研究"但主要针对纵波非双曲线时差
速度分析和旅行时反演+@;%%
,(我们基于-7O 0=76K =0
和B 98J 0O =等提出的非双曲线时差各向异性参数
估算方法+@;*,"对,参数提取和深度域模型建立进
行了讨论'提出应用!\1道集数据按偏移距大小分段处理的方法提取动校正速度J >F D 和,8K K 等效参
数"并通过P 6T 公式获得层间,#&$
值和层速度模型'通过深度偏移不断修正速度模型"实现了各向异性克希霍夫叠前深度偏移处理(
%"各向异性克希霍夫叠前深度偏移
方法
""各向异性克希霍夫叠前深度偏移的旅行时计算采用各向异性介质的射线追踪方法(我们采用-7O 0=76K =0从N
1波标量波动方程出发推导出的基于声学近似的C (V 介质程函方程+%,
#%M $,$J $
>F D
%).
%
#$0$
M
%).
%#$2
+,$
M J $
1.
%).
%
#$C $
N $,
J $>F D J $
1.
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%
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M
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%#$2
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%
#$C $
K %
#%
$通过特征值法"推导出射线追踪方程组+
%
,+
@'第4%卷第4期$.%$年*月石"油"物"探
B )X 15S A V !-Y1Q X A 1)!(V "BZ X Q1)(Q X Y )[\
C
D 734%""D 34
A 8E
3"$.%$
I 0I T
K J $>F D Q 0+%M $,#%N Q $C J $
1.$,I C I T
K #%N $J $>F D $,Q $R Q C J $
1.I Q 0I T KN J >F D #%M $,$Q $R %J %
0N J $>F D Q $
R ,0M J >F D Q $R Q $C J $1.
$,%
J %0
M J >F D ,#$
0N #%N $J $>F D ,Q $R $Q $
C J 1.%J 1.%
0I Q C I T KN J >F D #%M $,$Q $R %J %
C N J $>F
D Q $R ,C M J >F D Q $R Q $C J $1.$,%J %C M J >F D ,#$
C N #%N $J $>F
D ,Q $R $Q $C J 1.%J 1.%
0I G I T
K J $>F D #%M $,$Q $0M #%N 'J $>F D ,Q $0$Q $C J $
1.I Q 2I T KN J >F D #%M $,$Q $R %J >F D %2
N J $>F D Q $
R ,2M J >F D Q $R Q $C J $
1.$,%J >F D %2
M J >F D ,#$
2N #%N $J $>F D ,Q $R $Q $
C J 1.%J 1.%2
#$$式中%J >F D 为"\X 速度'J 1.为垂直速度',为各向异性参数",i -e !%d $!
'Q R "D C "D 0分别为R "C "0方向的慢度(从公式#%$中可以看出"用于各向异性克希霍夫叠前深度偏移的参数有#个%时差速度*垂直速度和,参数(除了垂直速度由井资料获得外"
其它两个参数都可以直接在地震数据上拾取得到(
$"C
(V 介质各向异性速度分析对于C (V 介质"1波反射旅行时的非双曲性非常明显(-7O 0=76K =0和(H M =>O 6>给出了大偏移
距单一界面1波非双曲线反射旅行时公式+&
,%G $
#0$K G $.M 0$
J $>F D N $,0'J $>F D +G $.J $>F D M #%M $,$0$
,##$##
$式表明"在各向异性介质中"反射1波的旅行时不再符合双曲线轨迹(图%是根据##$式计算的单一界面反射波时距曲线"界面深度是%...F (从图%看出%#当偏移距大于界面深度时#0-%...F $"各向异性对反射波旅行时的影响非常明显"偏移距越大影响也越大"所以大偏移距资料适合各向异性参数提取'$,只对大偏移距时距曲线有影响",越大表明各向异性越强"对旅行时曲线影响越大'%当偏移距小于界面深度时",影响不明显(当,i .时"公式##$变成各向同性介质的双曲线形式#图%中红色曲线$
(
图%"单一界面各向异性时距曲线#
界面深度为%...F ""\X 速度为$...F !H $""根据,参数的定义"
1波水平速度可以表示为J 0D 9K J 1.
J >F D
#'
$把#'$式代入##
$式得G $
#0$K G $
.M 0$J $>F D N #J $0D 9N J $>F D $0'J $>F D #G $.J '>F D M J $0D 90$
$#4$为了更好地适合过大偏移距的情况#%L 4,0!C ,
$L 4$"B 98J 0O =和(H M =>O 6>在公式#4$中J $0D 9
0$
项前面引入常系数)i %L $
"改善了对过大大偏移距的适用性+*
,"即
G $
#0$K G $
.M 0$J $>F D N #J $0D 9N J $>F D $0'J $>F D #G $.J '>F D M )J $0D 90$$"#+$公式#+$的应用效果通常好于公式##
$"因为水平速度J 0D 9和时差速度J >F D 是同一个量纲"
水平速度谱比,谱的能量更聚焦"有利于拾取速度函数(求取水平速度有两种方法%#一步法"即采用J >F D 和J 0D 9联合扫描的方法得到J >F D 和J 0D 9'$两步法"先采用近偏移距数据确定J >F D "
然后用远偏移@
@'第4期周"巍等3各向异性克希霍夫叠前深度偏移
距数据获得J 0D 9(
对于多层介质"1波反射旅行时公式为+@
,
"
G $
#0"-$K G $
.
#-$M 0
$
J $>F D #-$N J $0D 9#-$N J $>F D #-+,$0'
J $>F D -G $.-J '>F D -M )J $0D 9
-0$
#@$其中"J 0D 9#-$是层状介质的有效水平速度(根据C (V 介质动校正公式+@,
"
有,#-$K %&%J '>F D #
-$G .#-3
$+2&-
&K
%#
J #&
$>F D
$'#%M &,#&$$
G #&$,.N 4
%#&$定义
,#-$K %G .-&-
&K
%#J #&$>F D $'#%M &,#&$$G #&$.K %G .-&-
&K %#J #&$>F D $$+'#J #&$0D 9$$N "##J #&$>F D $$,G #&
$.
#*
$应用P 6T 公式"得到层间J #&$0D 9和,#&$"即J #&$
0D 9K J #&
$
>F D
#%.
$,#&
$K %&#J #&$>F D $
',#&$G .#&$N ,#&N %$G .#
&N %$G .#&$N G .#&N %+
$N ""#J #&
$>
F D $
,
'#%%
$""对每层的速度和,参数进行时深转换"得到深度域的层速度和层间,参数"再由声波测井或C A 1测井得到垂直速度"
进行各向异性叠前深度偏移处理(速度分析方法与各向同性叠前深度偏移类似
"也需要进行多次迭代(图$是各向异性克希霍夫叠前深度偏移和速度分析的流程(
图$"各向异性克希霍夫叠前深度偏移和速度分析流程
#"模型试算
Q H N "`
(#介质理论模型各向异性参数提取设计一C (V 介质各向异性模型"根据公式#+$和公式##$"采用二步法计算了该模型的速度谱和,谱#
图#$"模型参数如表%所示(图#"C
(V 模型#参数见表%$速度谱估计=小偏移距正常时差速度谱',大偏移距水平速度谱'J 各向异
性,参数谱
&
@'石"油"物"探第4%卷
表%"C(V模型各向异性参数
J>F D F H e% ,' F
%....&..
%4...3.#.%&..
%*...3%$4$@..
$'...3%'44@+. ""从图#可见 水平速度谱的能量聚焦要好于,参
数谱 更便于拾取速度 图'是各向同性和各向异性动校正结果 由于介质是各向异性的 进行各向同性动校正后 远偏移距处的同相轴没有拉平 图', 而采用水平速度谱中拾取的水平速度做非双曲时差动校正 则能够使远偏移距处的同相轴拉平 图'J 表$给出了各向异性参数,的提取结果与理""""论值 对比可见 相对误差都在%.c以内 精度较高 说明提取各向异性参数的方法是有效的 表$",参数理论值与计算值的对比分析
,理论值,计算值误差第%层...
第$层.3.#..3.#$+3@c
第#层.3%$4.3%$4.
第'层.3%'4.3%'.e#3'c
Q H L"薄互层模型各向异性叠前深度偏移
对于厚度远小于地震波长的薄互层介质 可以将其近似为具有一定方向的横向各向同性 (V 介质 因此设计了一个水平各向同性薄互层模型 模拟C(V介质 如图4所示
图'"各向同性和各向异性动校正
=!\1道集记录 ,各向同性动校正 J各向异性动校正
*
@
'第4期周"巍等3各向异性克希霍夫叠前深度偏移
""模型共分'层 第% # '层是各向同性介质 厚度均为4..F 速度依次为为$... '... +...F H 第$层是薄互层 小层厚度是$F 总厚度是4..F 低速层速度是$&..F H 高速层速度是#$..F H 由于波长远大于小层厚度 所以薄互层应该具有较强的各向异性 模拟采集了%**炮记录 炮间距是%..F 每炮+.%道
道间距是%.F 采样间隔$F H 记录长度$H 子波主频是#.5/
采用本文介绍的方法对图4所示薄互层模型!P 1%#..道集进行了速度分析
图+ 图@ 薄互层被当作一个厚层处理 相当于针对#个厚层进行速度分析 4.. @.. %%4.F H 附近 图+是小偏移距正常时差速度分析结果 在速度谱中可以看到#个强能量团 蓝色 分别对应#个厚层 图+J """"
是正常时差动校正结果 可以看到 小偏移距道集被拉平 但因为各向异性的影响 远偏移距道集未拉平 存在较大的剩余动校正量 图@是远偏移距道集的非双曲时差速度分析结果 在水平速度谱上有#个明显的能量团
蓝色 可以方便地拾取水平速度 通过非双曲时差动校正 远偏移距道集被拉平 图@中未被拉平的同相轴是由于受到低速薄层的影响所致
根据拾取得到的水平速度和公式 &
至公式 %% 得到层间各向异性, & 参数 图&=是建立
的深度域层间,参数场 可以看出 薄互层的各向
异性参数,高达.3.#. 属于强各向异性 图&,是建立的深度域层速度剖面
图*是克希霍夫各向同性叠前深度偏移和各向异性叠前深度偏移结果对比 可以看出 各向同""""
图4"
薄互层模型
图+"小偏移距正常时差速度分析
=速度谱 ,!P 1%#..道集 J 正常时差动校正结果
.
&'石"油"物"探第4%卷
图@"大偏移距非双曲时差速度分析
=速度谱 ,!P 1%#..道集 J
非双曲时差动校正结果
图&"薄互层模型的深度域层速度和各向异性参数剖面
=深度域,参数剖面 ,深度域层速度剖面
%
&'第4期周"巍等3各向异性克希霍夫叠前深度偏移
图*"薄互层模型各向同性
= 与各向异性 , 克希霍夫叠前深度偏移结果性偏移成像由于受薄互层的强各向异性影响 在薄互层下方%4..F 附近的各向同性反射界面 第#个反射界面 成像很不清楚 不仅如此 薄互层底界面 %...F 附近 也没有各向异性偏移成像清楚 分辨率低 而通过各向异性克希霍夫叠前深度偏移成像后 薄互层底界面及下方的各向同性反射界面的成像都很清楚 分辨率明显提高 说明各向异性速度分析方法和各向异性克希霍夫叠前深度偏移方法是正确的
'"实际资料应用效果分析
图%.是新疆某地区实际单炮记录 每炮""""
有#$.道 道间距是4.F 属于大偏移距资料 有利于做各向异性分析 我们对该资料进行了各向异性速度分析和参数提取 图%%是建立的深度域层速度场 图%$是深度域水平速度场 图%#是深度域层间,参数场 利用这些参数进行了各向同性克
希霍夫叠前深度偏移 图%' 和各向异性克希霍夫叠前深度偏移 图%4 对此图%'和图%4可以看出 在浅层 特别是在深度小于$...F 的浅层 矩形框所示 各向异性叠前深度偏移明显好于各向同性叠前深度偏移 同相轴的横向连续性有明显改善 在图%'和图%4中箭头所示位置
各向同性叠前深度偏移结果出现杂乱反射 而各向异性叠前深度偏移结果出现强能量且连续性较好的同相轴 各向异""""
图%."新疆某地区实际单炮记录
$
&'石"油"物"探第4%卷
图%%"
深度域层速度剖面
图%$"
深度域水平速度剖面
图%#"深度域层间/参数剖面
#
&'第4期周"巍等3各向异性克希霍夫叠前深度偏移
性叠前深度偏移之所以对浅层成像效果改善明显 是因为浅层的入射角范围更大 即偏移距与深度的比值 0 C
更大 地层的各向异性影响更大的缘故 图%+是各向同性叠前深度偏移和各向异性叠前深度偏移的深度对比图 可以看到两者存在明显的深度差
图%'"
各向同性克希霍夫叠前深度偏移剖面
图%4"
各向异性克希霍夫叠前深度偏移剖面
图%+"各向同性和各向异性叠前深度偏移结果对比
'
&'石"油"物"探第4%卷
4"结束语
各向异性克希霍夫叠前深度偏移效果明显优于各向同性克希霍夫叠前深度偏移(本文针对横向各向同性介质"研究了基于非双曲时差旅行时的各向异性参数提取*深度域速度模型和各向异性参数模型建立的方法"给出了各向异性克希霍夫叠前深度偏移的处理流程(通过模型和实际资料处理试验"证明上述方法及其处理流程是正确有效的"可以在实际生产中推广应用(本研究仅限于C(V 介质"没有涉及倾斜地层"这方面有待开展进一步的研究工作(
致谢 本文研究过程中得到了中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院蔡杰雄 王于静的很大帮助 在此一并表示感谢
参"考"文"献
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编辑 戴春秋
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编辑 陈"杰
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第4期周"巍等3各向异性克希霍夫叠前深度偏移。