基于VTI介質的疊前偏移成像技術研究

祝媛媛，陳　楠

（中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院，江蘇南京211103）

基于VTI介質的疊前偏移成像技術研究

祝媛媛*，陳楠

（中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院，江蘇南京211103）

通過對各項異性介質縱波成像問題的研究與分析，針對各向異性VTI介質中的速度分析、各項異性參數的求取及疊前時間偏移方法進行了探討，并通過在實際資料的處理應用，取得了良好的成像效果。

各項異性；速度分析；疊前時間偏移

隨著分析地震數據方法的發展，各向同性地球介質模型已逐漸不能滿足研究的需要。而各向異性的特性在地震介質中幾乎普遍存在，它對地震數據的影響必須考慮在內。其中一個最緊迫的要求是能對各向異性介質地震成像。

在垂直入射情況下，反射時差的Taylor展開∶

常規處理中，基于水平層狀介質假設，反射波時距曲線為雙曲線。加入四次項的高階方程也不能解決各向異性問題。

Kirchhoff疊前時間偏移常常用雙曲線旅行時近似法完成。該方法可以精確地進行均勻常速介質方面的校正［1-3］。對于各向異性介質，需要更復雜的旅行時方程。

Kirchhoff疊前時間偏移假設不同散射點的速度函數不同，但偏移到該散射點的所有輸入道的速度函數不變。這樣，用射線追蹤計算繞射旅行時無需增加太多用于疊前時間偏移的成本，即使各向異性VTI介質也如此。縱波的VTI射線追蹤算法需要3個參數：P波垂直層速度Vp及各向異性參數ε和δ。

因此，各向異性介質的成像問題的重點是速度和各向異性參數的求取及考慮介質各向異性的偏移算法。

1　偏移前數據優化

對于各向異性介質成像，偏移前的數據優化非常重要，沒有好的數據優化，就不可能產生好的處理效果。例如沒有多次波的壓制，密點參數場的自動拾取就會產生大量冗余或錯誤的結果。

因此在偏移前進行數據優化是必要的。用以下幾種措施進行數據優化是必要的：

（1）幾何擴散補償、地表一致性振幅補償和剩余振幅校正相結合補償地震波傳播過程的能量損失和資料在炮間和道間的能量不一致；

（2）疊前提高分辨率處理技術，并合理匹配拼接資料頻率；

（3）疊前復合多域去噪技術在疊前有效去除資料的噪音和干擾；

（4）三維折射靜校正和剩余靜校正解決近地表問題；

（5）面元均化和疊前道內插技術使網格數據規則化。

1.1振幅處理技術

地震波在傳播過程中，由于介質的吸收和能量的衰減，使得其能量隨深度和傳播距離的增加迅速衰減，反映在地震記錄上，表現為深層和遠偏移距反射波的能量非常弱，不利于進行處理分析，因此處理中必須采用合適的方法對反射波的振幅進行處理控制，使其滿足各種后續處理的要求，我們在處理中可以采用地表一致性振幅控制技術，包括疊前能量一致性與剩余能量補償技術來解決激發和接收條件的不同造成的區塊內炮間及道間能量差異問題和深層有效信號能量弱，信噪比較低的問題［4-6］。

1.2疊前提高分辨率技術

為了有效壓縮地震子波，提高地震資料的分辨率，并使記錄在頻率、相位和極性上匹配，首先應對不同資料進行頻率、相位和極性的定量分析，科學地統計反褶積因子，求取合適的預測步長、算子長度和相位延遲，在此基礎上做反褶積處理［7］。通過反褶積的應用，使資料的頻率得到比較理想的提高，同時又合理控制了高頻噪音的產生，提高資料的分辨率。

1.3疊前復合多域去噪技術

對于疊前時間偏移處理來說，疊前道集的好壞決定成像的效果。因此，在偏移處理前進行噪音壓制是必須的，主要包括針對性的疊前去噪技術，例如野值壓制、線性噪音、多次波、面波壓制等。

1.4靜校正技術

在實際資料處理過程中，為了解決近地表問題，采用了三維折射靜校正和分頻迭代剩余靜校正技術來進一步提高疊前道集的質量，為下一步的疊前偏移處理工作打下基礎。該項處理技術是增加連續性、提高成像質量的有效手段。經過多次迭代處理，確保全區靜校正延遲誤差收斂。

1.5面元均化和疊前道內插技術使網格數據規則化

偏移距分布不均勻造成某些成像信息的缺失以及產生偏移噪音，使得各項異性研究面臨更大困難。改善這種狀況的方法就是疊前地震數據歸一化處理。首先對偏移距進行歸一化組合處理，即做好面元均化。然后利用迭前F-K-XY域的道內插技術把整個工區的數據插成等間距的網格，這樣既達到了偏移距均勻化的目的，也能保證插值后的地震道集效果較理想。

2　各向異性介質速度分析

對于各向異性介質，反射為非雙曲線型，同相軸的聚焦僅用時差速度場是不夠的。Tsvankin和Thomen （1994）提出如下非雙曲時差方程：

在VTI介質中，P波反射時差基本上只受垂向速度V及各向異性參數ε和δ控制，引入等效各向異性參數η：

結合非雙曲時差方程、VTI模型可得：

對于這個式子，分步拾取v和η，不容易實現。高密度參數場時差自動拾取可以解決這個問題。該方法自動拾取最大偏移距下的剩余時差dtn和零偏走時τ0。并通過系列處理，最終可得到v和η。結合沿層四維速度分析，可以得到最后的偏移速度場和各向異性參數。見圖1。

圖1　輸入道集及剩余時差dtn和零偏走時τ0

2.1偏移距對動校參數的影響

v和η對時差的影響沿偏移距不是規則分布的，速度影響整個偏移距，而η的影響只集中在遠偏移距。非雙曲時差校正的剩余時差Taylor級數展開為

變換后的時差曲線為雙曲線，決定其形狀的就是dtn和τ0。

2.2雙譜自動拾取

由于參數化常規的速度譜擴展成3D數據體分析，對每個t0的最大相似系數連續拾取dtn和τ0，拾取完后的dtn和τ0，其中任何一對都可以轉化為v和η。

2.3對v和η的插值和分選

自動拾取輸出的v和η可以用3D，kriging的方法完成插值。但是拾取的數據中，每個同相軸對應多個v和η參數。為減少冗余，刪除錯誤的參數，需要對拾取的高密度參數進行分選。利用地質統計思想的、采用協kriging方法濾波技術可以解決這個問題。

趨勢分析或趨勢面分析，作為地質統計學中的一種，就是要把研究的地質現象進行分解［8］，表示為數學方程為：Z=Z0+A+R。Z代表地質現象，Z0代表區域性因素（背景），A代表局部性因素（異常），R表示隨機因素（干擾值）。對速度的地質統計濾波見圖2，各向異性介質速度分析流程見圖3。

3　克希霍夫疊前時間偏移

圖2　對速度的地質統計濾波（協Kriging方法）（a為自動分析的速度；b為濾波后速度；c為濾除的噪音）

圖3　各向異性介質速度分析流程

在地震資料成像方面，偏移技術是解決地震信號歸位和成像的關鍵技術。從目前來看，主要有疊后時間偏移、疊后深度偏移、疊前時間偏移和疊前深度偏移四類。從疊前偏移和疊后偏移的理論基礎來看，疊后偏移基于疊加，而疊加基于水平層狀介質假設，它只適應于簡單的地質構造［9-11］。當地下介質復雜，速度橫向變化和巖性變化較大時，疊前偏移具有優勢。從二者的實現過程來看，疊后偏移是先疊加后偏移，首先要通過NMO將地震信號進行時差校正，再由DMO構造零偏移距道集，最后實現偏移歸位，因此很難實現真正的共反射點疊加。疊前偏移是先偏移后疊加，從表面來看，它與疊后偏移的區別只是在疊加和偏移的順序上作了顛倒，但二者有本質區別。疊前偏移首先從理論上取消了偏移輸入數據為零偏數據的假設，在疊前將數據一步歸位，實現了真正的共反射點疊加，保存了更多的疊前信息。

疊前時間偏移本質上是利用輸出道的觀點，在常速介質假設下，按如下的旅行時關系，在成像空間中劃等時線，所有等時線上的振幅互相疊加干涉的結果，就形成疊前時間偏移的成像道集或偏移疊加結果。

疊前時間偏移是成像和速度分析的重要手段，它能對陡傾角反射進行成像、提高橫向分辨率、消除速度分析過程中不同傾角和位置的反射帶來的影響、提高速度分析結果的精度和成像剖面的質量［12］。Kirchhoff疊前時間偏移方法的基礎是計算地下散射點的時距曲面。根據Kirchhoff繞射積分理論，時距曲面上的所有樣點相加就得到該繞射點的偏移結果［13］。

常規克希霍夫疊前時間偏移從炮點到繞射點再返回到接收點的旅行時由下式近似計算。

其中，vs是僅存在垂向變化、橫向無變化的疊加速度，即vs是t0的函數。

在常規的克希霍夫疊前時間偏移中幾乎沒有考慮各向異性問題，采用直射線算法，忽略了各項異性導致的偏移誤差［14-16］。采用考慮了各項異性（VTI）介質的、精度高、穩定性好且耗時少的彎曲射線追蹤算法，成像效果明顯優于直射線算法如圖5所示。

彎曲射線全三維Kirchhoff疊前時間偏移處理技術，在方法上優于目前常規的各種其它時間域射線偏移方法。它不僅考慮了橫向速度的變化，同時也分別考慮了速度變化引起的地震波傳播中的射線彎曲，能消除各向異性介質引起的能量聚焦不準確現象。

圖4　各向同性偏移CIP道集 各向異性偏移CIP道集

從圖4的對比可以看出，不考慮各項異性的CIP道集即使經過速度調整后也存在“過校”現象；而考慮各項異性的CIP道集則被拉平。

4　結論

通過對實際工區資料的實驗和應用，主要取得了如下幾個方面的效果：

圖5　不同方法成像效果對比

（1）疊前時間偏移是目前應用最廣泛、也是起著最全局性作用的疊前成像技術。而考慮各向異性疊前時間偏移則是疊前成像技術的發展方向之一，尤其是在鹽下成像、復雜斷塊成像方面具有優勢。

（2）各向異性對反射時差的影響造成了速度分析的失真和成像位置。這個影響一方面體現在大偏移距數據上，一方面體現在較小偏移距的陡傾角成像上。

（3）借助密點速度拾取和沿層速度分析建立各向異性速度和參數場，結合支持彎曲射線和各向異性的疊前時間偏移技術，可以很好地解決各向異性介質成像問題。

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1004-5716（2016）01-0079-04

2015-11-02

2015-11-20

祝媛媛（1979-），女（漢族），四川南充人，工程師，現從事地震資料處理與地球物理方法研究工作。