基于拉伸率的3DVSP道集切除技術(shù)及應用

張 潔

(中國石化石油物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 211103)

0 引言

三維VSP技術(shù)采用類似地面地震的地面布置激發(fā)點，檢波器在井中接收地震信號，彌補了二維VSP資料成像不能充分描述三維地質(zhì)體的不足，為解決儲層精細構(gòu)造、儲層描述和儲層預測等提供了更大的潛力。三維VSP資料處理過程中的動校正拉伸問題在一定程度上影響著3DVSP資料最終成像質(zhì)量。消除動校正拉伸影響對于改善3DVSP地震數(shù)據(jù)分辨率、提高地震數(shù)據(jù)保真度具有十分重要的意義。

在國外，Dunkin和Levin[1]是最早注意到動校正拉伸的，他們推導出一種分析關(guān)系來解釋因動校正、速度和炮檢距而引起的頻譜變化；Rupert等[2]提出了稱作BMS(整體搬家法)的動校正方法，該方法根據(jù)同相軸的分布交錯劃分一系列數(shù)據(jù)塊，對不同的塊實行靜態(tài)平移，然后對平移后的塊進行合并。在國內(nèi)，崔寶文等[3]提出了頻譜代換無拉伸校正方法，該方法采用將CMP道集變換到頻率域，用零炮檢距道的相位譜替換其他道的相位譜，并保留振幅譜，以此達到消除動校正拉伸畸變的目的；孫成禹等[4]提出了無拉伸畸變動校正方法，該方法將近炮檢距道進行常規(guī)動校正疊加作為標準道，對地震道每個時間點進行初次校正，計算校正后數(shù)據(jù)與標準道數(shù)據(jù)互相關(guān)系數(shù)，更新校正量，以此實現(xiàn)無拉伸畸變校正。此外，還有另外一些方法[5-9]。頻譜代換無拉伸動校正方法雖然能很好保留高頻成分，有效保持了地震資料的分辨率，但是會改變地下地層真實位置信息，在實際應用中有很大局限性。無拉伸畸變校正方法對于含有一定噪聲的數(shù)據(jù)效果較好，但隨著信噪比降低，疊加波形中同相軸之外的相干噪聲能量增強，還需先進行疊前去噪。

目前處理動校正拉伸的主要方法是切除處理，將淺層地震資料因拉伸嚴重幾乎完全或者大部分切除掉[10-18]。但是面臨如何有效確定切除區(qū)域問題，從而影響資料處理效率。本文提出了基于拉伸率疊前道集切除法，針對3DVSP資料共檢波點道集在不同深度、不同偏移距處拉伸效應表現(xiàn)差異，推導了3DVSP觀測系統(tǒng)的反射波拉伸率，通過計算道集中每一點的拉伸率，對拉伸率過大的點進行切除，減少拉伸效應對疊加成像的影響。實際資料處理測試證明了方法的可行性。

1 方法原理

VSP觀測方式采用地面激發(fā)，井中接收。設(shè)反射層深度為z，檢波點距離井口深度為h，激發(fā)點到井口的水平距離為s，激發(fā)點到反射點的水平距離為d，反射點到井口的水平距離為x，檢波點到反射層的垂直距離為l，如圖1所示。

圖1 變偏VSP炮檢關(guān)系示意Fig.1 Diagram of the relationship between shot point and detection point of variable offset VSP

則有：

(1)

而，

(2)

聯(lián)立式(1)和式(2)，得到反射點偏移距x為：

(3)

(4)

式中，若s為最大炮檢距，則x對應為反射點最大偏移距。從反射點最大偏移距關(guān)于深度的偏導數(shù)可看出(式(4))，對于某一級檢波點，反射點最大偏移距是深度的單調(diào)遞增函數(shù)，成像區(qū)域由不同深度的最大偏移距包圍構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 某一節(jié)檢波點的VSP成像區(qū)域Fig.2 VSP imaging region of one detection point

對VSP觀測系統(tǒng)成像區(qū)域進行網(wǎng)格剖分，假設(shè)某網(wǎng)格內(nèi)有M組炮點和檢波點組合的反射點，則稱該網(wǎng)格覆蓋次數(shù)為M。定義動校正后波形長度與動校正前波形長度的比值為拉伸率。

設(shè)炮檢距s處地震記錄上的兩個時間t和t+Δt，經(jīng)過動校正后,分別校正到t0和t0+Δt0，則拉伸率為：

(5)

令Δt0→0，得到瞬時拉伸率為：

(6)

對于VSP觀測系統(tǒng)，反射波時距曲線表示為：

(7)

式中，v為地層層速度即為動校正速度，t0為雙程垂直旅行時。將式(7)代入式(6)中可以計算該處動校正拉伸率為：

(8)

(9)

考慮2z=vt0，推導得出最終的3DVSP拉伸率為：

(10)

2 應用實例

2.1 理論模型分析

從推導出的拉伸率公式可以看出，3DVSP拉伸率大小與炮檢距s、目的層深度z、檢波點深度h之間相互關(guān)聯(lián)。圖3展示了對于某一深度目的層，檢波點接收深度分別為100、300、500、700、900 m，炮檢距從100 m變化到2 000 m時的子波拉伸率?？梢钥吹?，隨著檢波點接收深度增加，拉伸率與炮檢距呈正相關(guān)。圖4展示了對于某一接收深度，炮檢距分別為500、1 000、1 500、2 000、2 500 m，目的層深度從2 000 m變化到4 000 m時的子波拉伸率?？梢钥吹?，隨著炮檢距增加，拉伸率與目的層深度呈反相關(guān)。

圖5為模擬采用子波為Ricker子波，主頻為40 Hz,時間采樣間隔為1 ms，動校正拉平后的60次覆蓋共CDP道集。計算子波拉伸率(圖6)，隨著炮檢距增加，子波拉伸逐漸增大。對拉伸率超過1.2的道集進行切除后疊加，與未經(jīng)過切除的疊加道集頻譜比較，從圖7中可以看出，切除后道集主頻在28 Hz左右，較切除前疊加道集主頻26 Hz有明顯提高。

圖3 不同接收深度時，炮檢距與拉伸率關(guān)系示意Fig.3 The relationship between offset and tensile ratio at different receiving depth

圖4 不同炮檢距時，目的層深度與拉伸率關(guān)系示意Fig.4 The relationship between target depth and tensile ratio at different offset

圖5 動校拉平后的共CDP道集Fig.5 The CDP gather with dynamic correction

圖6 共CDP道集拉伸率Fig.6 CDP gather tensile ratio

圖7 切除前后頻譜對比Fig.7 Spectral comparison before and after excision

2.2 含噪聲模型分析

為了分析隨機噪聲對道集拉伸切除方法的影響，分別對模型加入5%、10%、20%三種不同強度隨機噪聲,同樣采用對拉伸率超過1.2的道集切除，對比分析切除前后疊加道集頻譜。從頻譜分析對比圖看出，含5%和10%強度隨機噪聲記錄，切除前后頻帶寬度相當，切除后疊加道集主頻相較于切除前有明顯提高(圖8、圖9)。含20%強度噪聲記錄，對拉伸率超過1.2的道集進行切除，受隨機噪聲強度影響，切除后疊加道集頻譜改善不明顯(圖10)。降低拉伸率切除閾值為1.0后，切除后道集頻譜有了一定改善(圖11)。由此看出，不同信噪比資料對拉伸率切除閾值要求不同，需要綜合考慮保持頻寬和提升主頻兩個因素，進行不同拉伸率切除參數(shù)試驗，選擇合適的切除拉伸率。

圖8 含5%強度隨機噪聲CDP道集(a)及切除前后頻譜對比(b)Fig.8 Containing 5% intensity random noise CDP channel set(a) and spectral comparison before and after excision(b)

圖9 含10%強度隨機噪聲CDP道集(a)及切除前后頻譜對比(b)Fig.9 Containing 10% intensity random noise CDP channel set(a) and spectral comparison before and after excision(b)

圖10 含20%強度隨機噪聲CDP道集(a)及切除前后頻譜對比(b)Fig.10 Containing 20% intensity random noise CDP channel set(a) and spectral comparison before and after excision(b)

圖11 拉伸率超過1.0道集切除前后頻譜對比Fig.11 Spectral comparison before and after the resection of the tensile ratio exceeding 1.0

2.3 實際資料應用

為了進一步分析基于拉伸率道集切除技術(shù)在實際資料中應用，選取某東部地區(qū)3DVSP資料作為試驗數(shù)據(jù)，最大偏移距約為1 500 m左右，檢波器技術(shù)14級，檢波器接收深度為800～930 m。經(jīng)過常規(guī)處理后獲得共檢波點道集。經(jīng)過拉伸率參數(shù)試驗，切除拉伸子波的同時盡量保留淺層子波信息，選取對拉伸率超過1.4的道集進行切除，降低子波拉伸對疊后資料分辨率影響。經(jīng)過偏振分析、靜校正、上下行波分離等簡單常規(guī)處理后的共檢波點道集。在共檢波點道集上進行道集切除，圖12顯示了切除前后的共檢波點道集對比。遠偏移距道集切除后前后差異較大。

為了對比分析拉伸切除效果，先對該區(qū)實際地質(zhì)情況進行了解。圖13為經(jīng)過處理人員精細處理后的該區(qū)3DVSP疊前時間偏移成像剖面嵌入地面地震剖面的資料展示。可以看到，該區(qū)中淺層地層相對平緩，VSP成像邊界沒有陡傾構(gòu)造。采用本文提出的拉伸率切除方法對拉伸道集切除后的CDP疊加成像，與未進行拉伸切除的CDP疊加道集對比，如圖14所示。在進行拉伸道集切除后的CDP疊加剖面上，淺層兩翼下拉道集假象得到明顯改善，水平同相軸連續(xù)性更強，更符合該區(qū)地層實際走向。

3 結(jié)論

本文提出了一種基于拉伸率的3DVSP道集切除方法，該方法通過計算共檢波點道集中每一點拉伸率，對拉伸率過大道集進行切除，可以有效降低拉伸效應對疊加成像影響，提高資料質(zhì)量。理論模型與實際資料的處理結(jié)果表明，這種切除方法操作簡單有效，能夠在實際3DVSP資料處理中推廣應用。

圖12 共檢波點道集切除前(a)和切除后(b)Fig.12 Common receive gather before(a) and after(b) resection

圖13 三維VSP疊前時間偏移成像剖面Fig.13 3D VSP prestack time migration imaging profile

圖14 切除前(左)和切除后(右)的CDP疊加剖面Fig.14 CDP image gather before (left) and after (right) resection