VTI介質各向異性疊前時間偏移技術及應用

史鴻祥，宋文杰，孫海軍

(中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000)

VTI介質各向異性疊前時間偏移技術及應用

史鴻祥，宋文杰，孫海軍

(中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000)

目前地震成像處理中，以各向同性疊前時間偏移為主，其假設地下構造為層狀各向同性介質，以直射線或者彎曲射線為主要的走時計算方法。但是在各向異性變化大的地區(qū)，該方法導致走時計算不準確，從而造成動校正或者偏移成像存在誤差。為此，對VTI各向異性介質中走時的計算方法進行討論，然后結合實際三維地震資料及構造特點，利用VTI疊前時間偏移成像技術，探索出一種適合于塔里木地區(qū)碳酸鹽巖縫洞型儲層地震資料疊前各向異性成像技術，處理效率和處理效果均得到提高和改善。

塔里木 各向異性 疊前時間偏移 復雜地區(qū) 地震數(shù)據(jù)處理

常規(guī)Kirchhoff積分法疊前時間偏移中，通常假設地下介質為水平層狀各向同性介質，采用二階或者四階走時計算公式來計算成像時間。但是在一些儲層復雜地區(qū)，例如在碳酸巖沉積區(qū)，由裂隙、溶蝕等地質作用形成的地質異常體的存在，造成儲層的橫向非均質性，體現(xiàn)在成像上則是成像速度具有各向異性。因此，對于非均質儲層，采用常規(guī)疊前時間偏移算子無法準確對目標區(qū)進行成像。為了解決各向異性介質中走時計算的準確性，很多學者提出了解決辦法，如Thomsen[1]提出了利用三個各向異性參數(shù)ε，δ，γ結合垂向層速度來表示各向異性條件下的走時計算，該三參數(shù)聯(lián)合垂向層速度是疊前深度偏移中常用的。然而，這三個各向異性參數(shù)需要全井段的測井資料來求取，而在實際生產(chǎn)中往往只對目標區(qū)層段進行測井施工，并無全井段的測井資料，無法準確求取整個時間層段的各向異性參數(shù)。另一方面，利用測井記錄求取的微觀各向異性參數(shù)無法直接用于宏觀的疊前成像中。因此在實際生產(chǎn)中基于Thomsen三參數(shù)的Kirchhoff積分法疊前深度偏移方法主要克服了成像深度與鉆井深度的匹配問題，沒有對成像質量有很大的提高。為了提高層狀各向異性介質地震資料的成像精度，以VTI介質為基礎，Alkhalifah[2-5]等學者從簡化各向異性參數(shù)入手，在忽略橫波速度對縱波走時計算的影響后，提出述縱波傳播規(guī)律，其中η值是ε，δ的某種差值形式，與ε，δ的大小無關。通過大量的理論測試和實際資料處理表明，利用η值來描述各向異性介質非常有效，該方法不僅適用于弱各向異性介質，同時，也適用于強各向異性介質。這樣，應用Alkhalifah提出的非橢圓各向異性參數(shù)，基于VTI介質的Kirchhoff積分法疊前時間偏移是解決一些類似于溶洞型的復雜儲層地震成像的一種有效途徑。王建立[6-8]等學者在山地資料處理中采用VTI各向異性疊前時間偏移技術取得了良好效果。在塔里木哈拉哈塘地區(qū)，目的層地層傾角較小，其內分布大小不一的縫洞、溶洞，橫向非均質性強，在速度上表現(xiàn)出強烈的各向異性，經(jīng)過簡化處理，把類似儲層簡化為VTI介質來處理。

本文借鑒以上的處理理方法和經(jīng)驗，通過理論研究和實際應用，針對上述地區(qū)碳酸鹽巖縫洞型儲層地震資料特點，提出一套針對性的速度提取、各向異性參數(shù)分析和疊前成像的技術流程，為后續(xù)研究提供新的思路。

1 VTI介質中Kirchhoff積分法疊前偏移基本原理

Kirchhoff疊前時間偏移是建立在波動方程Kirchhoff積分解的基礎上，把Kirchhoff積分中的格林函數(shù)用它的高頻近似解來代替。其基本過程包括從震源和接收點同時向成像點進行射線追蹤或波前計算，得到走時表，然后按照相應走時表中時間，從地震記錄中拾取對應的振幅進行疊加求和，如果所有的路徑計算得到的走時都正確，那么對應的所有記錄數(shù)據(jù)的疊加結果會在某些部位產(chǎn)生極大值，這些極大值就給出了反射體的位置。如圖1所示，設S點為炮點、R點為接收點、M為地面觀測點的中心點位置即通常所說的CMP點、O點為地下反射點，I點為O點法向對應的地面點。

圖1 疊前時間偏移

令(xs,z=0)，(xr,z=0)(x,z=0)分別代表炮點、檢波點和反射點的坐標，那么令p(xs,xr,z=0)為波場在地表觀測得到的波場值。可推導出地下反射點(x,z)處在t時刻的波場值為：

(1)

在上式中，令τ表示地震波走時，可以表示為：

(2)

其中τs,τr分別為炮點和檢波點到成像點的走時，x為地震數(shù)據(jù)中心點的坐標，x0為成像點的坐標，h為半炮檢距，在各向同性介質中τs,τr的表達式為：

(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時的計算精度，(3)式和(4)式僅僅表示了各向同性介質中走時的計算方法，對于類似于哈拉哈塘地區(qū)橫向儲層變化較大情況下并不適用，因此就需要引入各向異性條件下的走時計算方法，Alkhalifah[6]給出了VTI介質中地震縱波非雙曲走時的三階Taylor展開公式，以及在VTI條件下炮點、檢波點到成像點的走時分別為：

(5)

(6)

這里：

(7)

在忽略掉橫波速度vs對縱波的影響后，(7)式變?yōu)椋?/p>

(8)

ys=2(x-x0-h)，yg=2(x-x0+h)，ε和δ是Thmosen各向異性參數(shù)，vrms是偏移速度，可以利用小偏移距、小偏移孔徑下的常規(guī)疊前時間偏移速度分析得到，Thmosen和Winterstein[7]等給出了不同巖性的ε和δ值，根據(jù)(8)可以預測η值的范圍，ps和pg分別是炮點、接收點相對于成像點的射線參數(shù)，實際處理中可以通過垂向或者百分比掃描來得到各層的η值。

2 VTI各向異性Kirchhoff疊前時間偏 移處理流程

進行各向異性疊前時間偏移處理之前，首先要準確求取偏移速度和非橢圓各向異性參數(shù)，在此基礎上測試偏移孔徑和反假頻參數(shù)，最后進行全數(shù)據(jù)體偏移。求取成像速度和各向異性參數(shù)η，需要兩步，首先進行常規(guī)疊前時間偏移，利用小反射角道集或者小偏移距道集求取準確的偏移速度場，然后再利用雙譜分析方法進行各向異性參數(shù)拾取，在此基礎上還可進行高密度各向異性參數(shù)分析和拾取。根據(jù)在哈拉哈塘地區(qū)的實際應用，探討了一種適合于各向異性疊前時間偏移處理的技術流程，具體實現(xiàn)過程如下：

(1)分析測井、鉆井和錄井資料，確定工區(qū)目的層巖性和速度規(guī)律，利用疊后時間偏移結果或者初步的疊前時間偏移結果進行層位解釋，根據(jù)公式(7)確定不同層內各向異性參數(shù)η的取值范圍，按照比例系數(shù)形成不同初始η值場。

(2)根據(jù)疊后時間偏移速度場和地質分層數(shù)據(jù)確定初始的vmig速度場。

(3)輸入預處理后的CMP道集，選定小偏移距，采用中等偏移孔徑，進行常規(guī)疊前時間偏移速度分析，在這一步可以采取多種方式，即可沿層進行偏移速度分析，也可垂向偏移速度分析，在這一步中判別的準則是在小偏移距成像道集上同相軸是否水平。

(4)拾取水平道集處的vmig，形成新的偏移速度體。

(5)重復步驟(3)和步驟(4)，形成最終偏移速度場。

圖2 各向異性疊前時間偏移流程

(6)以(5)中偏移速度場為基礎，分別輸入(1)得到的不同η值場在速度線上進行全偏移距的各向異性疊前時間偏移處理，得到不同成像結果。

(7)采用各向異性參數(shù)掃描或者雙譜分析，求取η值，這里的判別準則是遠偏移距的成像道集是否拉平，根據(jù)需要可以進行多次迭代分析，得到較為準確的各向異性參數(shù)，形成最終的各向異性參數(shù)場。

(8)利用最終偏移速度場和各向異性參數(shù)場，進行最終的各向異性疊前時間偏移處理，得到最終的成像結果。

3 實際應用效果

研究區(qū)位于塔里木盆地哈拉哈塘地區(qū)，該區(qū)整體上反射層比較齊全，資料整體信噪比較高。奧陶系潛山頂面為主要目的層，該目的層頻率為中—低頻，連續(xù)性好，反射能量強，儲層類型主要為“縫洞型”和“洞穴型”，氣藏類型為以緩潛山背斜氣藏，由于受巖溶儲層控制，橫向上非均質性較強。常規(guī)各向同性疊前成像不能滿足成像精度的要求，為此在該區(qū)開展各向異性疊前成像的處理研究。

圖3 最終疊前時間偏移速度場(上)、各向異性參數(shù)場(下)

圖3是本次試處理的最終速度場和各向異性參數(shù)場，從圖上可以看出偏移速度場變化較大，而各向異性參數(shù)場變化比較緩慢。圖4是常規(guī)疊前時間偏移道集(左邊)和VTI疊前時間偏移道集(右邊)對比，從這兩個道集可以看出在小偏移距的成像道集上，同相軸比較水平，說明本次的成像速度是合適的，但是在中、遠偏移距上，出現(xiàn)明顯差異，如箭頭所示，左邊的同相軸出現(xiàn)上翹情況，即通常所說的“曲棍球桿”現(xiàn)象，而右邊的同相軸較平，說明各向異性疊前時間偏移能夠有效解決中、遠偏移距成像不準確的問題。圖5是偏移速度相同的情況下不同成像結果對比，對比常規(guī)成像結果(上)和各向異性成像結果(下)，新結果中克服了“串珠”兩側的尾巴效應，如箭頭所示，其收斂性明顯得到改善，更好地描述了該區(qū)橫向非均質性，為后續(xù)的儲層研究提供可靠的基礎資料。

圖4 常規(guī)疊前時間偏移道集(左)、VTI疊前時間偏移道集(右)

圖5 常規(guī)疊前時間偏移成果(上)、VTI疊前時間偏移成果(下)

4 結束語

根據(jù)塔里木盆地哈拉哈塘地區(qū)地震資料的特點，在偏移速度場準確的基礎上，利用測井、鉆井、錄井資料，確定各向異性參數(shù)初始值，然后通過多次速度-各向異性參數(shù)迭代分析，得到準確的各向異性參數(shù)場，最后利用VTI疊前時間偏移進行最終處理。從處理效率看，本處理流程具有簡捷、高效、易于實現(xiàn)的特點；從處理效果看，各向異性疊前時間偏移比常規(guī)疊前時間偏移在非均勻性介質地震資料成像中更能真實地反映地下構造，為以后解決該類構造成像提供了有效的技術手段。

[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，周納，王真理，等.VTI介質疊前時間偏移及實例分析[J]，石油天然氣學報，2010，32(3):228-230.

[7] 王建立，方正茂，楊長春，等.高階優(yōu)化走時計算方法及在地震成像中的應用[J].石油地球物理勘探，2012，47(1)：63-67.

[8] 王建立，張洪宙，王真理，等.非橢圓各向異性介質高階優(yōu)化走時計算方法及應用[J].地球物理學進展，2012，27(3)：1195-1201.

(編輯 韓 楓)

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。

史鴻祥(1965—)，高級工程師，塔里木油田塔北勘探開發(fā)項目經(jīng)理部經(jīng)理。電話13910061179,E-mail：luhm.syky@sinopec.com。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.02.006

P631.4

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