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）

由于介質的非均勻性，反射層的彎曲性，以及介質的各向異性，使得反射波旅行時不再是雙曲線的形式，從而使常規動校正產生較大誤差。這里從理論上分析了大偏移距處出現動校不平的原因，指出了介質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用效果做了細致研究。結果表明，在偏移距～深度比小于“1”時，幾種動校正方法與常規動校正差別不大：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果。對應用效果最好的Alkhalifah各向異性動校正進行了算法實現，并基于Java語言的開發環境，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鍵環節，基于雙曲時差分析的常規動校正，在大偏移距處往往會出現動校不平的問題，嚴重影響了地震資料處理解釋的后續工作，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用效果。Muir和Dellinger［1］引入非橢圓無維參數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ε、δ、γ，并給出了基于這些參數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η，并同時給出了在單層水平弱反射各向異性介質中，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中的非雙曲時距曲線公式；Silliqi和 Meur等［7］指出速度V和參數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進行速度分析，實現了高精度各向異性介質多波速度分析和各向異性參數的提取；尤建軍等［10］建立了最優化Alkhalifah動校正方程，實現了對VTI介質長偏移距地震資料常規動校正方程的改進；杜啟振等［11］在走時公式的基礎上，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，在此基礎上對資料進行動校正和疊加；馬昭軍等［13］采用四參數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，結合常規雙曲時差動校正，通過模型試算對比分析了這幾種方法的應用效果，并基于Java語言平臺，開發了各向異性速度分析和非雙曲動校正的相應的軟件，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方法和非雙曲方法在實際資料中的應用效果，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動校正公式，在應用時需要兩個前提：①各向同性（橢圓各向異性除外）均勻介質；②中、近炮檢距排列。但是，實際地球介質具有廣泛且不同程度的各向異性、非均勻性，并且在復雜的地質結構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，在地震數據采集中，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據。因此，在實際地震資料處理時，常規動校正方法往往出現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，如果仍然采用常規動校正方法，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。

（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。

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模型（見表1），應用上述幾種基于各向異性的非雙曲動校正公式，結合常規雙曲動校正方法，對比分析它們對大偏移距地震數據動校正的影響。

圖2為依據上述各向異性非雙曲動校正方法，對表1中VTI介質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，這幾種方法均出現了不同程度的動校不平的問題。

相對而言，①Hake方法出現的誤差較大，尤其是在泥巖介質中，誤差隨著偏移距的增大明顯變大；②Castle方法優于常規動校正方法，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介質模型參數表Tab.1 Parameters of different VTI models

3 Alkhalifah方法算法實現及軟件開發

根據各向異性介質速度分析的基本原理以及參數的轉化過程，我們基于Java語言良好的跨平臺特性和可移植性，開發了各向異性介質速度分析軟件，其主界面見下頁圖3。該軟件完全跨平臺環境，與操作系統無關，在 Windows／Linux／Unix系統下均可運行，只需要相應的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據。

（2）能夠采用常規速度分析方法和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據。

圖2 VTI介質模型非雙曲時差動校正方法比較Fig.2 Comparison of non－hyperbolic 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（Normalized crosscorrelation）、選擇性歸一化互相關（Normalized selective crosscorrelation）、非歸一化互相關（Unnormalized crosscorrelation）、選擇性非歸一化互相關（Unnormalized selective crosscorrelation）、統計性相位相關（Statistical phase correlation）的這幾種速度分析方法。點擊下拉菜單Velocity Analysis Parameter，則出現如下頁圖4（c）所示界面，可以選擇速度分析的參數。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 實際資料應用及效果分析

將Alkhalifah方法應用到實際地震資料的處理中，對于某一實際資料的CMP道集，我們分別應用常規方法和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η，利用得到的動校正速度和各向異性參數，即可實現非雙曲各向異性動校正。與常規雙曲時差動校正相比，Alkhalifah方法取得了較好的應用效果（見下頁圖5），常規動校正剖面（見圖5（b））在大偏移距處有動校不平的現象（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量下降，從而為后續的地震解釋工作創造了有利條件。

5 結論

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用效果做了細致研究，開發了基于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用中都取得了良好的效果，并得出如下幾點結論：

（1）基于雙曲時差分析的常規動校正方法，在實際資料處理中往往會出現動校不平的現象。這是由于介質的不均勻性，反射層的彎曲性，以及介質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，常規動校正在大偏移距處會產生誤差，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果。

（4）Java語言開發環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用，模型測試和實際資料應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《地震數據處理方法》、《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、應用》、《地震屬性分析技術》、《斷塊、裂縫型油氣藏地震精細描述技術》等專著。以第一作者公開發表論文七十余篇。