CN102053262B - 获得地震转换波的方位速度的方法及处理地震数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于获得地震P-SV转换波的方位速度的方法以及一种根据所获得的方位速度来对地震转换波数据进行处理的方法。该方法包括：在宽方位转换波地震数据的渐进共转换点(ACCP)道集中，根据方位角度的不同，将所述ACCP道集划分为多个方位扇区，其中每个方位扇区中的地震数据都包括所述ACCP道集中的多个道；根据每个方位扇区内的所述多个道的地震数据来确定该方位扇区的速度；对所述每个方位扇区的速度进行椭圆拟合；根据拟合得到的椭圆来确定各个方位的方位速度，将该速度用于各个方位地震数据的动校正等处理。

Description

获得地震转换波的方位速度的方法及处理地震数据的方法

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探技术，尤其涉及一种用于获得地震P-SV转换波的方位速度的方法，以及一种根据所获得的方位速度来对地震转换波数据进行处理的方法。

背景技术

石油勘探实践表明，全世界裂缝性油气藏的储量占石油和天然气总量的一半以上，裂缝特别是高角度(垂直方向)的开启裂缝更是石油和天然气高产的必要条件。裂缝的存在，增强了介质的各向异性特征，研究表明，裂缝引起的地层各向异性程度为10％是非常常见的，最大的甚至可以达到25％以上。为了有效识别这些裂缝，目前的AVAZ(振幅随方位角变化)，VVAZ(速度随方位角变化)，AVOAZ(AVO响应随方位角变化)等是常用的方法，实现这些方法技术的一个基本前提条件就是宽方位(或者全方位)地震勘探。

宽方位大偏移距地震资料速度分析和动校正处理将同时受到VTI(垂直对称轴横向各向同性)和HTI(水平对称轴横向各向同性)介质各向异性的影响。速度在地震勘探中尤其在地震处理方面是一个非常重要的参数，速度不准确，可能影响正常时差校正、倾角时差校正、偏移速度分析、AVO分析、时深转换等，严重影响剖面成像质量，甚至出现低幅度构造假象。

处理VTI介质各向异性，主要采用方法是在旅行时方程中引入各向异性参数，使其动校正时能够完全拉平大偏移距同相轴。许多学者专家对转换波的非双曲线和各向异性特征进行了深入的研究(如李录明等于2005年在《勘探地球物理进展》上发表的《转换波叠前深度偏移》；Li Xiangyang等在2003年在《Journal ofApplied Geophysics》上发表的《Converted-wave moveout andconversion-point equations in layered VTI media：theory and applications》；Tsvankin等在2000年在《Geophysical Prospecting》上发表的《Dip moveout ofconverted waves and parameter estimation in transversely isotropic media》等)。描述这个非双曲线的一个常用的方法就是高次Taylor系数展开，该方法能够较好地进行转换波参数估计，并使转换波处理脱离于纵波。Thomsen给出了Taylor展开式一个较好的近似，使它能用于大多数的转换波处理(Thomsen在1999年在《Geophysics》上发表的《Converted-wave reflection seismologyover inhomogeneous anisotropic media》)。但是Thomsen展开式一个不足之处在于它只能满足炮检距与深度比小于1情况的小偏移距转换波动校正处理。其后，Thomsen对Tsvankin(Tsvankin在1994年在《Geophysics》上发表的《Nonhyperbolic reflection moveout in anisotropic media》)进行了简化，得到了满足炮检距与深度比达到2的转换波动校方程。依赖于纵波处理结果，李录明等提出用双平方根方法去处理转换波(李录明在1995年在《石油地球物理勘探》上发表的《P-SV波转换波速度分析及解释方法》；Zhang Y在1996年在《Expanded Abstract of 66^th Annual International SEG Meeting》上发表的《Nonhyperbolic converted wave velocity analysis and normal moveout》)。LiXiangyang扩展了双平方根方法公式(Li Xiang Yang在1999年在《61^stEAGEConference》上发表的《Converted wave moveout and parameter estimation fortransverse isotropy》)，使它能够同时考虑纵波和转换波的各向异性特征。在Thomsen所建立的转换波时距方程基础上，LXY对其作了较大的改进，并引入了等效速度比和转换波各向异性系数，使其能够处理大偏移距转换波数据(偏移距与深度比小于2.5)。

而对于HTI介质各向异性特征，它主要影响宽方位地震资料的各个不同方位数据的速度分析和动校正效果，使其不能较好地拉平同一道集内的不同方位数据的同相轴。关于转换波HTI介质各向异性处理研究较少，目前大多数研究都是基于理论上去探讨。Thomsen给出了对称平面内纵波NMO速度表达式(Thomsen在1988年在《Geophysics》上发表的《Reflection seismologyover azimuthally anisotropic media》)；Al-Dajani和Tsvankin推导了HTI介质中的非双曲线时距方程四次项系数表达式(Al-Dajani和Tsvankin在1998年在《Geophysics》上发表的《Nonhyperbolic reflection moveout for horizontaltransverse isotropy》)；Grechka利用宽方位数据重构正常时差速度椭圆，获得任意方位上的动校正速度(Grechka等在1999年在《Geophysics》上发表的《3-D moveout velocity analysis and parameter estimation for orthorhombicmedia》)。而在实际资料处理中，更多的处理方法是将宽方位地震资料分为不同方位扇区，在每一个方位扇区内采用VTI介质各向异性处理方法进行速度分析和动校正。这样，处理的结果保持了各个不同方位扇区之间的方位各向异性特征，可以很好地应用于裂缝检测。

分方位处理宽方位或者全方位数据的结果只能用于裂缝预测，不能满足后期的储层预测、含气性检测等研究。对于不分方位的宽方位或者全方位地震数据的速度分析，目前还没有真正应用到将方位速度和各向异性参数用到速度分析中去。对于宽方位转换波数据，如果各向异性特征不太明显，目前的主要做法就是采用非地表一致性剩余静较正方法，对数据模型道作相关处理，拉平同一道集内不同方位的数据的同相轴。但是，对于裂缝较为发育的地区，各向异性特征较为明显，方位时差甚至能够达到30ms之多的道集数据，紧紧依靠非地表一致性剩余静校正的方法，不能较好地解决方位时差问题。即使应用非地表一致性剩余静校正能够拉平同一道集内的不同方位数据的同相轴，但是对于叠加剖面具有较大的影响，有的地方甚至会出现假的“断层”现象。

发明内容

由于现有的确定地震转换波的方位速度的方法不能很好地消除宽方位转换波的方位时差，本发明提供了一种用于获得地震转换波的方位速度的方法以及一种根据所获得的方位速度来对地震转换波数据进行处理的方法。本发明中的转换波指的是P-SV转换波，即纵波-SV横波转换波(横波的振动有两个方向一个是SV方向，另一个是SH方向)。

本发明提供了一种用于获得地震P-SV转换波的方位速度的方法，该方法包括：在转换波地震数据的渐进共转换点(ACCP)道集中，将所述ACCP道集划分为多个方位扇区，其中每个方位扇区中都包括所述ACCP道集中的多个地震道；根据每个方位扇区内的所述多个地震道的转换波地震数据来确定该方位扇区的速度；利用每个方位扇区的速度进行椭圆拟合；根据拟合得到的椭圆来确定多个方位的方位速度。

本发明还提供了一种根据通过上述用于获得地震P-SV转换波的方位速度的方法所获得的方位速度来对转换波地震数据进行处理的方法。

本发明中的转换波指的由纵波激发的转换波。其中“渐进共转换点(ACCP)道集”指的是具有相同的ACCP(沿着时间方向上只给定一个固定的纵横波速度比值所确定的点)的地震道的集合。本发明中使用的ACCP道集也可用CCP道集来替换。

通过本发明所提供的方法，能够利用椭圆拟合得到的方位速度来进行速度各向异性的数据处理，并能够对速度各向异性进行更加真实的反映，对有速度各向异性特征的宽方位转换波地震数据的成像有着明显的优势。

附图说明

图1是根据本发明的用于获得地震转换波的方位速度的方法的流程图；

图2示出了速度随方位角的变化。

具体实施方式

岩石中的各向异性通常是由一组定向垂直裂缝引起的，那么根据地震波传播理论，转换波平行或者垂直于裂缝传播时，具有不同的旅行速度。平行裂缝传播时，以快波速度传播；垂直裂缝传播时，以慢波速度传播。

本发明根据上述速度方位各向异性特点，采用最小二乘拟合方法得到速度方位各向异性椭圆解的表达式，将该各向异性速度应用于全方位数据的处理，以消除全方位数据的同一道集内不同方位数据的时差，使其同一层位的同相轴完全校平，提高叠加剖面的分辨率，改善剖面的成像质量，为后期的叠前反演、构造解释等研究提供高质量的基础数据。

如图1所示，本发明提供了一种用于获得地震P-SV转换波的方位速度的方法，该方法包括：在转换波地震数据的渐进共转换点(ACCP)道集中，将所述ACCP道集划分为多个方位扇区，其中每个方位扇区中都包括所述ACCP道集中的多个地震道(步骤s110)；根据每个方位扇区内的所述多个地震道的转换波地震数据来确定该方位扇区的速度(步骤s120)；利用所述每个方位扇区的速度进行椭圆拟合(步骤s130)；根据拟合得到的椭圆来确定多个方位的方位速度(步骤s140)。

具体来讲，在步骤s110中，以正北方向为起点，对ACCP道集数据按照一定角度间隔(1度-120度)进行方位角分选，形成多个方位扇区，其中每个方位扇区中都包括所述ACCP道集中的多个道。ACCP道集中的地震道的数目优选为1-10000之间。

方位角分选可以尽可能的多一些，但是同时要兼顾覆盖次数，至少保证每个方位角内的覆盖次数不低于5次。

在步骤s120中，根据方位扇区内的所述多个道的转换波地震数据来确定每个方位扇区的速度。首先给定每个方位扇区内的各个道的初始速度，并根据该初始速度对各个方位扇区的速度进行确定。由于转换波VTI各向异性参数的方位各向异性对动校正的影响远远小于方位速度的影响，因此，发明中只是考虑速度的方位变化，而不考虑各向异性参数随方位的变化。

在这种情况下，对ACCP道集中的每个道而言，可用如下旅行时方程对每个道的旅行时进行计算：

$t_C^2=t_{C0}^2+\frac{x^2}{V_{C2}^2}+\frac{A_4{x}^4}{1+A_5{x}^2}$

$A_4=-\frac{{({\mathrm{\γ}}_0{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{eff}}-1)}^2+8(1+{\mathrm{\γ}}_0){\mathrm{\χ}}_{\mathrm{eff}}}{4t_{C0}^2{V}_{C2}^4{\mathrm{\γ}}_0{(1+{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{eff}})}^2}---\left(1\right)$

$A_5=\frac{A_4{V}_{C2}^2(1+{\mathrm{\γ}}_0){\mathrm{\γ}}_{\mathrm{eff}}[({\mathrm{\γ}}_0-1){\mathrm{\γ}}_{\mathrm{eff}}^2+2{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{eff}}]}{({\mathrm{\γ}}_0-1){\mathrm{\γ}}_{\mathrm{eff}}^2(1-{\mathrm{\γ}}_0{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{eff}})-2(1+{\mathrm{\γ}}_0){\mathrm{\γ}}_{\mathrm{eff}}{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{eff}}}$

式中，t_C为转换波在偏移距x处双程旅行时，t_C0为转换波零偏移距双程旅行时(转换点处的垂直双程时间)，V_C2为初始速度(转换波叠加速度)，γ₀为垂直速度比，γ₀＝V_P0/V_S0；γ₂为叠加速度比，γ₂＝V_P2/V_S2；γ_eff为等效速度比， ${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{eff}}={\mathrm{\γ}}_2^2/{\mathrm{\γ}}_0;$ V_P0、V_S0分别为纵波、横波垂直速度，V_P2、V_S2分别为纵波、横波叠加速度，χ_eff为转换波VTI各向异性参数。

γ₀的求取需要简单的纵横波叠加剖面对比，它对后面的处理影响较小，允许有一定的误差。根据本发明的一种实施方式，在确定了每个方位扇区的各个道的旅行时t_C之后，可以计算正常时差t_C-t_C0，利用初始速度对相同方位扇区内的各个道进行动校正，将动校正后的各个道数据的振幅相叠加，得到叠加强度(能量)I，在给定的初始速度为中点来扫描速度谱，便可得到叠加强度I与速度V_C2的曲线关系，在本发明的一种实施方式中，可以控制速度谱扫描的范围直到出现I的极大值为止，这样就可以将使I取极大值的V_C2确定为该扇区的方位速度。

根据本发明的另一种实施方式，还可以通过其它常用的方法来确定各个方位扇区的速度，比如将方位扇区内各个地震道的初始速度的平均值作为该方位扇区的速度等。

在步骤s120中，各个道的初始速度可以是根据经验给定的值或通过其它技术手段计算得到的值。在本发明的一种实施方式中，该初始速度就是全方位速度(相当于将扇区选为整个圆时的扇区速度)估计值。具体来讲，首先给定最初速度估计值(对于转换波约为1000～5000m/s)，利用该最初速度估计值，通过方程(1)对全方位的所有道计算旅行时t_C，以及时差t_C-t_C0，并进而对所有道进行动校正，类似于上面计算扇区方位速度的步骤，通过比较速度谱内的所有速度得到的叠加强度，可以得到全方位速度估计值，并将该全方位速度估计值作为步骤s120中的初始速度。其中，全方位速度只考虑了VTI介质各向异性对速度的影响，而没有考虑HTI介质各向异性特征。

在步骤s130中，如图2所示，当宽方位转换波通过裂缝方位各向异性介质时，对于固定的偏移距，其方位速度与裂缝方位满足如下关系

其中，V为方位扇区的速度，φ为V所对应的方位扇区的角平分线的方位角度，V₀为速度待定参数，α为与方位有关的待定参数，

为裂缝走向的方位参数，通过所述各个方位扇区的速度V及每个方位扇区所对应的方位角度φ，来确定三个待定的参数V₀、α和

理论上，在方程(2)中，只要知道3个方位的速度就可以求解该方程的V₀、α以及三个参数，从而得到方位速度椭圆方程。对于宽方位或者全方位地震数据，假定偏移距和方位角均匀分布，常常在给定的ACCP位置，具有多个方位(一般大于3个)的地震观测数据，这时求解方程(2)就变成了一个超定问题。如果定义从正北方向为零度，按照顺时针方向分选各个观测方位φ_i(i＝1，2，…，N)的地震数据，那么对应的方位角的速度为

(i＝1，2，…，N)(3)

对于具有多于三个观测方位的地震数据，此时可以用最小二乘拟合法求取方程(3)的参数值，定义变量e为

对方程(4)中的V₀，α和求偏导数，并分别令其等于零，得到如下的方程组

求解方程组(5)得到

根据方程(6)、(7)和(8)可以得到

α以及V₀这三个待定参数的值，从而得到各向异性椭圆方程。

在步骤s140中，根据拟合出的椭圆方程，通过将所关心的方位对应的方位值(即方位角度)代入椭圆方程，便可以对任一方位的方位速度进行确定，从而确定速度各向异性，并在此基础上对地震数据进行进一步的处理。

在本发明的一种实施方式中，所述方法还包括预处理步骤，其中至少包括抽取ACCP道集。所述预处理还可包括下列处理：加载观测系统和ACCP面元化；噪音衰减处理，对于面波处理需要采用充分考虑宽方位大偏移距数据的特点采用诸如“十字交叉排列”去噪方法；采用层析成像或者折射等静校正方法进行静较正处理；地表一致性剩余静较正处理；反褶积处理。

在本发明的一种实施方式中，在进行步骤(s110)之前根据精度的需要对面元大小进行选择，以对所述ACCP道集中具有的道的数目进行调节。具体来讲，在考虑ACCP道集时，不可能将“转换点”理解为理论上的点的概念，它代表的应该是一块很小的区域(或称为面元)，即如果两个地震道的转换点处于同一块“面元”内，便可认为这两个地震道处于同一ACCP道集中，在上述过程中通过改变面元大小，便可改变ACCP道集中的地震道的数目。

在本发明的一种实施方式中，在进行步骤(s110)之前还可以对各个方位的最大偏移距进行限制。为了保证每个方位具有相同的最大偏移距，避免由于数据的不同引起的各个方位的差异，需要限制偏移距，主要以每个方位都有的最大偏移距为标准。

在不考虑速度各向异性的情况下，对地震数据所进行的任何处理都将各个方位的速度取为同一数值(即各向同性处理)。通过上述步骤，对速度各向异性进行了计算，得到了各个方位所对应的不同方位速度，便可在处理数据时，对各个方位采用其所对应的速度进行处理。

从而，本发明还提出了一种根据上述用于获得地震转换波的方位速度的方法所获得的方位速度来对转换波地震数据进行处理的方法。其中，利用所述多个方位(优选为1～10000个方位)的方位速度来对转换波地震数据进行各种进一步的处理。

具体来讲，以转换波同相轴对齐处理为例，在步骤s120中，在确定全方位速度时，其中所采用的速度初值是根据经验给定的，且各个方向的初速度相同。在经过上述步骤得到各向异性的方位速度后，便可以用各个方位的各向异性速度作为方程(1)的速度初值，并进一步的进行随后的计算时差、同相轴对齐、以及叠加等步骤。这种处理无疑更加准确，为随后的数据解释带来更有利的支持。

此外，在本发明中，所划分的每个扇区的角度在1度-120度之间；所述渐进共转换点道集中的地震道的数目在2-10000之间，优选为10-1000；根据拟合得到的椭圆确定方位速度时所确定的方位的数目在1-10000之间。

本发明针对宽方位转换波资料，讨论了HTI介质各向异性速度分析处理方法。根据各向异性理论，给出了速度方位各向异性椭圆方程，并采用最小二乘拟合方法，得出了椭圆方程参数解。利用椭圆方程求出方位速度，并将该速度用于后续处理，从而能够对地质条件(比如裂缝、断层等)进行更加准确的估计，在宽方位转换波数据的成像处理等方面有着更加明显的优势。

Claims (8)

1.一种用于获得地震P-SV转换波的方位速度的方法，该方法包括：

在转换波地震数据的渐进共转换点道集中，将所述渐进共转换点道集划分为多个方位扇区，其中每个方位扇区中都包括所述渐进共转换点道集中的多个地震道；

根据每个方位扇区内的所述多个地震道的转换波地震数据来确定该方位扇区的速度；

利用所述多个方位扇区的速度进行椭圆拟合；

根据拟合得到的椭圆来确定多个方位的方位速度，其中，根据下列椭圆方程，利用所述多个方位扇区的速度进行椭圆拟合：

其中，V为方位扇区的速度，φ为V所对应的方位扇区的角平分线的方位角度，V₀为速度待定参数，α为与方位有关的待定参数，为待定的方位参数，

通过所述各个方位扇区的速度V及每个方位扇区所对应的方位角度φ，来确定三个待定的参数V₀、α和

其中，按如下步骤来确定所述方位扇区的速度：

基于方位扇区内的多个地震道的转换波地震数据来确定该扇区内各个地震道的初始速度；

根据所述各个地震道的初始速度对所述各个地震道的转换波地震数据进行动校正；

将动校正后的各个地震道的转换波地震数据的振幅进行叠加，得到叠加强度；

以所述初始速度为中点扫描速度谱，将使所述叠加强度取极大值的速度值确定为该方位扇区的速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该方法还包括：

在对方位扇区进行划分之前对所述转换波地震数据进行预处理，所述预处理至少包括根据所有地震道的转换波地震数据来选取具有相同渐进共转换点的地震道，以组成所述渐进共转换点道集。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述初始速度是通过转换波地震数据计算得到的或是指定的。

4.根据权利要求1所述的方法，其中采用最小二乘拟合方法求解椭圆的待定参数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所划分的每个扇区的角度在1度-120度之间。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述渐进共转换点道集中的地震道的数目在2-10000之间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中根据拟合得到的椭圆确定方位速度时所确定的方位的数目在1-10000之间。

8.一种对转换波地震数据进行处理的方法，该方法包括使用权利要求1－7中任意一项所述的方法获得地震转换波的方位速度，并使用该方位速度对转换波地震数据进行地震成像。

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