大偏移距地震資料各向異性動校正方法研究及效果分析

張軍華，臧勝濤，孟憲軍，王玉梅，劉立彬

（1.中國石油大學 地球科學與技術(shù)學院，青島 266555；2.中國石油化工股份有限公司 勝利油田分公司物探研究院，山東 東營 257022）

大偏移距地震資料各向異性動校正方法研究及效果分析

張軍華1，臧勝濤1，孟憲軍2，王玉梅2，劉立彬2

（1.中國石油大學 地球科學與技術(shù)學院，青島 266555；2.中國石油化工股份有限公司 勝利油田分公司物探研究院，山東 東營 257022）

由于介質(zhì)的非均勻性，反射層的彎曲性，以及介質(zhì)的各向異性，使得反射波旅行時不再是雙曲線的形式，從而使常規(guī)動校正產(chǎn)生較大誤差。這里從理論上分析了大偏移距處出現(xiàn)動校不平的原因，指出了介質(zhì)的各向異性是影響地震資料大偏移距處速度分析精度的主要因素，并對Hake、Castle和Alkhalifah三種各向異性動校正理論及其應(yīng)用效果做了細致研究。結(jié)果表明，在偏移距～深度比小于“1”時，幾種動校正方法與常規(guī)動校正差別不大：在大偏移距處，Hake方法具有較大的誤差；Castle能夠得到較好的效果；Alkhalifah方法在大炮檢距任意各向異性強度下都可以得到比較精確的校正結(jié)果。對應(yīng)用效果最好的Alkhalifah各向異性動校正進行了算法實現(xiàn)，并基于Java語言的開發(fā)環(huán)境，編制了各向異性速度分析和非雙曲動校正的軟件，在模型測試和實際資料的應(yīng)用中取得了良好的效果。

大偏移距；各向異性；速度分析；動校正

0 前言

動校正是地震資料處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，基于雙曲時差分析的常規(guī)動校正，在大偏移距處往往會出現(xiàn)動校不平的問題，嚴重影響了地震資料處理解釋的后續(xù)工作，這就需要一種更加精確的動校正方法來解決這一問題。綜合考慮各向異性因素對地震波傳播的影響，人們提出了非雙曲時差校正，并在實際地震資料處理中取得了很好的應(yīng)用效果。Muir和Dellinger［1］引入非橢圓無維參數(shù)f，提出了一種非雙曲時差近似法；Thomsen［2］提出了具有明確物理意義的各向異性參數(shù)ε、δ、γ，并給出了基于這些參數(shù)的相速度和時差速度在弱各向異性條件下的表達式；Tsvankin和Thomsen［3］給出了任意各向異性強度的VTI介質(zhì)中非雙曲P波時差表達式；Alkhalifah和 Tsvankin［4］、Alkhalifah［5］引入了一個新的各向異性參數(shù)η，并同時給出了在單層水平弱反射各向異性介質(zhì)中，進行P波反射的非雙曲時差速度分析方法；Siliqi和Bousquie［6］認為在大偏移距時產(chǎn)生的剩余時差主要是因為各向異性，并推導了在具有對稱軸的各向異性垂向非均勻介質(zhì)中的非雙曲時距曲線公式；Silliqi和 Meur等［7］指出速度V和參數(shù)η，對時差的影響在偏移距方向上并不是均勻分布的，如果說速度在整個偏移距上都有影響，那么η對時差的影響則主要集中在大偏移距處；薛岡等［8］認為對大炮檢距地震資料動校正時并不是用的階數(shù)越高，動校正的精度就越好。羅省賢等［9］采用雙平方根對大偏移距和強各向異性介質(zhì)進行速度分析，實現(xiàn)了高精度各向異性介質(zhì)多波速度分析和各向異性參數(shù)的提?。挥冉ㄜ姷龋?0］建立了最優(yōu)化Alkhalifah動校正方程，實現(xiàn)了對VTI介質(zhì)長偏移距地震資料常規(guī)動校正方程的改進；杜啟振等［11］在走時公式的基礎(chǔ)上，加入了含炮檢距的四次項，并采用分式展開法表示，清楚地描述了橫向各項同性介質(zhì)中速度隨炮檢距的變化；付強等［12］利用非雙曲時差理論，計算P波走時，通過速度譜分析獲得水平界面的雙曲時差速度和各向異性參數(shù)，在此基礎(chǔ)上對資料進行動校正和疊加；馬昭軍等［13］采用四參數(shù)各向異性速度分析方法估計疊加速度場，取得了較好效果；肖思和等［14］針對轉(zhuǎn)換波的特殊性，對各向異性速度分析和動校正提出了幾個問題和相應(yīng)的對策。

作者在本文在理論上分析了大偏移距地震資料動校不平的原因，并對Hake、Castle和Alkhalifah三種基于各向異性的非雙曲動校正理論做了細致的研究，結(jié)合常規(guī)雙曲時差動校正，通過模型試算對比分析了這幾種方法的應(yīng)用效果，并基于Java語言平臺，開發(fā)了各向異性速度分析和非雙曲動校正的相應(yīng)的軟件，可以進行多種方法的速度分析和η譜的拾取，最后對比分析了常規(guī)方法和非雙曲方法在實際資料中的應(yīng)用效果，表明非雙曲動校正可以很好地解決大偏移距動校不平的問題。

1 大偏移距資料動校不平問題的理論分析

基于雙曲時差分析的常規(guī)動校正公式，在應(yīng)用時需要兩個前提：①各向同性（橢圓各向異性除外）均勻介質(zhì)；②中、近炮檢距排列。但是，實際地球介質(zhì)具有廣泛且不同程度的各向異性、非均勻性，并且在復雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)等綜合因素的影響下，使得反射波時距曲線不再具備雙曲線的形式，而是復雜的曲線形式。另一方面，在地震數(shù)據(jù)采集中，為了獲得深部高速層及遠角道集資料，以及考慮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數(shù)據(jù)。因此，在實際地震資料處理時，常規(guī)動校正方法往往出現(xiàn)遠道動校不平的問題。實際上，各向異性主要影響大偏移距地震資料，對中、小偏移距資料的影響可以忽略，常規(guī)動校正就可滿足中、小偏移距資料的處理要求，在實際工作中，人們也是這樣做的。而在大偏移距時，各向異性的影響就會加大，反射波走時的非雙曲性就會更加顯著，如圖1所示，Hyperbolic、Alkhalifah和Exact分別表示常規(guī)雙曲線旅行時、Alkhalifah各向異性旅行時和射線追蹤方法求得的精確旅行時。由此可見，對于各向異性介質(zhì)，如果仍然采用常規(guī)動校正方法，就會有較大的誤差，并且這種誤差隨著偏移距的增大而增大。

圖1 各向異性對旅行時的影響Fig.1 The impact of anisotropy on the travel time

2 各向異性動校正公式及效果比較

2.1 主要各向異性非雙曲動校正公式

（1）Hake［10］四階時差分析公式。Hake［15］均勻各向異性時差分析公式如下：

其中 v4為四階平均速度。Siliqi引入非橢圓速度van，用van代替v4，則有

式中 v4（t0）是有效四階平均速度；η為Alkhalifah各向異性參數(shù)。

（2）Castle［11］平移雙曲線時差分析公式。Castle［16］提出的分析各向異性縱波旅行時差的平移雙曲線公式為式（3）。

（3）Alkhalifah非雙曲時差公式。Alkhalifah和Tsvankin（1995）給出的基于VTI介質(zhì)的各向異性非雙曲時距曲線方程，如式（4）所示。

式中 VNMO為NMO速度為表征非雙曲程度的各向異性參數(shù)。

2.2 各種方法效果對比與分析

我們通過建立不同的各向異性介質(zhì)模型（見表1），應(yīng)用上述幾種基于各向異性的非雙曲動校正公式，結(jié)合常規(guī)雙曲動校正方法，對比分析它們對大偏移距地震數(shù)據(jù)動校正的影響。

圖2為依據(jù)上述各向異性非雙曲動校正方法，對表1中VTI介質(zhì)模型所做的動校正效果對比圖。無論是泥巖模型，還是砂巖模型，這幾種方法都具有一樣的趨勢特征：

（1）在偏移距～深度比小于“1”時，幾種動校正方法與常規(guī)動校正差別不大，也就是說各向異性對動校正的影響在近偏移距處可以忽略。

（2）在大偏移距處，這幾種方法均出現(xiàn)了不同程度的動校不平的問題。

相對而言，①Hake方法出現(xiàn)的誤差較大，尤其是在泥巖介質(zhì)中，誤差隨著偏移距的增大明顯變大；②Castle方法優(yōu)于常規(guī)動校正方法，但是仍不能滿足人們的精度要求；③Alkhalifah非雙曲動校正具有較好的動校正效果，無論是近道還是遠道都能得到很好的拉平效果。

表1 VTI介質(zhì)模型參數(shù)表Tab.1 Parameters of different VTI models

3 Alkhalifah方法算法實現(xiàn)及軟件開發(fā)

根據(jù)各向異性介質(zhì)速度分析的基本原理以及參數(shù)的轉(zhuǎn)化過程，我們基于Java語言良好的跨平臺特性和可移植性，開發(fā)了各向異性介質(zhì)速度分析軟件，其主界面見下頁圖3。該軟件完全跨平臺環(huán)境，與操作系統(tǒng)無關(guān)，在 Windows／Linux／Unix系統(tǒng)下均可運行，只需要相應(yīng)的Java虛擬機JVM（Java Virtual Machine）即可。其主要功能是：

（1）輸入并顯示要處理的地震數(shù)據(jù)。

（2）能夠采用常規(guī)速度分析方法和Eta（η）譜分析方法進行速度分析，并能手動拾取速度值和Eta值，進行傳統(tǒng)的雙曲動校正和非雙曲各向異性動校正。

（3）最后可以輸出速度譜、Eta譜、拾取的速度值、拾取的Eta值以及動校正后的地震數(shù)據(jù)。

圖2 VTI介質(zhì)模型非雙曲時差動校正方法比較Fig.2 Comparison of non－h(huán)yperbolic NMO for VTI models

圖3 軟件主界面Fig.3 The main interface of the software

其中速度分析模塊如下頁圖4（a）所示，點擊下拉菜單Method Selected，就會出現(xiàn)圖4（b）所示（見下頁）界面，可以從該界面選擇速度分析的方法，主要有疊加能量法（Stack energy）、基于特征值（Eigen structure based）、歸一化互相關(guān)（Normalized crosscorrelation）、選擇性歸一化互相關(guān)（Normalized selective crosscorrelation）、非歸一化互相關(guān)（Unnormalized crosscorrelation）、選擇性非歸一化互相關(guān)（Unnormalized selective crosscorrelation）、統(tǒng)計性相位相關(guān)（Statistical phase correlation）的這幾種速度分析方法。點擊下拉菜單Velocity Analysis Parameter，則出現(xiàn)如下頁圖4（c）所示界面，可以選擇速度分析的參數(shù)。同樣地，在各向異性速度分析中，點擊Eta Analysis Parameter，則有如圖4（d）所示（見下頁）的Eta譜分析參數(shù)選擇界面，本軟件其它功能模塊不再做詳細展示。

4 實際資料應(yīng)用及效果分析

將Alkhalifah方法應(yīng)用到實際地震資料的處理中，對于某一實際資料的CMP道集，我們分別應(yīng)用常規(guī)方法和Alkhalifah方法做動校正處理。Alkhalifah方法的具體做法是首先利用小偏移距資料，采用常規(guī)的速度分析方法拾取CMP道集上動校正的速度，將拾取到的動校正速度代入到Alkhalifah時差公式（4）中，進行二次掃描，得到各向異性參數(shù)η，利用得到的動校正速度和各向異性參數(shù)，即可實現(xiàn)非雙曲各向異性動校正。與常規(guī)雙曲時差動校正相比，Alkhalifah方法取得了較好的應(yīng)用效果（見下頁圖5），常規(guī)動校正剖面（見圖5（b））在大偏移距處有動校不平的現(xiàn)象（4 600ms處），利用Alkhalifah非雙曲動校正就可以解決這個問題（見圖5（c）），二者之間的校正時差約為25ms。同時，該方法還大大增強了動校正后的反射波能量，改善了分辨率，提高了同相軸的連續(xù)性，并且遠偏移距信息可以有效地參與疊加成像，避免了因為遠偏移距被切除或動校不平造成的剖面質(zhì)量下降，從而為后續(xù)的地震解釋工作創(chuàng)造了有利條件。

5 結(jié)論

作者在本文中，從理論上分析了大偏移距處動校不平的原因，對Hake、Castle和Alkhalifah三種各向異性動校正理論及其應(yīng)用效果做了細致研究，開發(fā)了基于Java語言的各向異性速度分析和非雙曲動校正軟件，在模型測試與實際資料的應(yīng)用中都取得了良好的效果，并得出如下幾點結(jié)論：

（1）基于雙曲時差分析的常規(guī)動校正方法，在實際資料處理中往往會出現(xiàn)動校不平的現(xiàn)象。這是由于介質(zhì)的不均勻性，反射層的彎曲性，以及介質(zhì)的各向異性等綜合因素的影響，導致反射波旅行時不再是雙曲線的形式，而是復雜的曲線形式。

（2）各向異性對中小偏移距影響不大，而在大偏移距處有較大的影響，常規(guī)動校正在大偏移距處會產(chǎn)生誤差，并且這種誤差隨著偏移距的增大而增大。對中小偏移距地震資料，常規(guī)動校正方法可滿足精度要求；而對于大偏移距地震資料，則需要進行基于各向異性的非雙曲速度分析。

（3）基于各向異性的非雙曲動校正，能夠改善大排列遠道集的動校正效果，其中Hake方法在大偏移距處仍然具有較大的誤差；Castle方法能夠得到較好的效果；Alkhalifah方法在大炮檢距任意各向異性強度下，都可以得到比較精確的校正結(jié)果。

（4）Java語言開發(fā)環(huán)境下的各向異性速度分析和非雙曲動校正軟件，具有良好的可移植性，可以進行多種速度分析方法的應(yīng)用，模型測試和實際資料應(yīng)用都取得較好的效果。

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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

張軍華（1965－），男，博士生導師，教授，長期從事地震資料處理和解釋方法研究。編著有《地震數(shù)據(jù)處理方法》、《信號分析與處理學習指導書》等本科生教材和《地震資料去噪方法——原理、算法、編程、應(yīng)用》、《地震屬性分析技術(shù)》、《斷塊、裂縫型油氣藏地震精細描述技術(shù)》等專著。以第一作者公開發(fā)表論文七十余篇。