CN103713323B - 一种全方位各向异性保幅成像与抽道集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全方位各向异性保幅成像与抽道集方法，通过在算法中引入各向异性参数来解决裂缝介质的各向异性问题，建立准确的各向异性速度场，并抽取优质保幅的叠前方位道集；通过全方位各向异性保幅偏移，保留和揭示裂缝介质中各向异性的速度和振幅；利用各向异性速度场可以实现基于VVAZ反演的裂缝识别，利用抽取的保幅叠前方位道集可以实现基于AVAZ反演的裂缝识别，通过两者结合获取更加精确可靠的裂缝信息。
Description
技术领域
本发明属于石油勘探领域，涉及一种全方位各向异性保幅成像与抽道集方法，主要服务于裂缝各向异性分析与反演。
背景技术
裂缝型储层在世界油气储层中约占三分之一的比例，碳酸盐岩、砂泥岩、火山岩和变质岩中都常常发育裂缝。裂缝不仅是油气的储集空间，还作为流体的运移通道。因此，预测裂缝的发育和分布规律对于寻找油气来讲意义重大。对于垂直排列的单组裂缝介质，地震波的速度和振幅等物理性质会随方位角的变化而变化，这些规律为探测裂缝提供了途径。因此，能否准确获取裂缝介质的速度和振幅各向异性特征，将决定能否成功实现精确可靠的裂缝预测。
要想准确揭示裂缝介质的速度和振幅各向异性，必须建立在叠前保幅偏移的基础之上。没有保幅偏移，就无法获取正确的速度和振幅信息。随着油气勘探由构造油气藏转向岩性油气藏，“保幅”的重要性愈发得到体现，它是实现储层岩性和流体识别的基础。速度随方位变化（即VVAZ）和振幅随方位变化（即AVAZ）是地震波在裂缝介质中传播的重要特征，也是目前基于地震手段进行裂缝识别的主要依据。因此，能否准确揭示裂缝介质的速度和振幅各向异性对裂缝探测非常关键。垂直排列的单组裂缝往往表现出较强的方位各向异性特征，给后续的保幅偏移带来了很大挑战。目前工业上通常采用的各向同性偏移或分方位偏移方法并不适用该类介质，通过这些方法并不能建立准确的各向异性速度场，也不能抽取完全保幅的叠前方位道集。因此，无论是速度各向异性还是振幅各向异性都不能得到较好保持，从而不能预测足够准确的裂缝信息。常规Kirchhoff偏移方法不能解决裂缝介质的方位各向异性问题，此时，炮点和检波点到成像点的旅行时由方位角和偏移距共同决定，具体的旅行时计算在式（5）、（6）、（7）中给出。 是与方位角和偏移距有关的振幅加权函数，用来实现真振幅偏移，在式（8）中给出。对于常规偏移方法，振幅加权函数不会随着方位角变化而变化。是与射线照明度有关的加权函数，用于消除不规则照明带来的影响。表示地面记录波场的傅里叶变换。、和是速度各向异性参数，控制着旅行时随方位角和偏移距的变化规律。
传统Kirchhoff积分偏移方法可以用下式来表示：
（1）
其中，
表示x点的成像值，近似代表了该点的反射系数；
表示炮检对；
表示地面接收到的波场；
代表振幅加权函数；
表示双程绕射旅行时。
代表振幅加权函数，是实现保幅偏移的关键，通过选择不同类型的权函数偏移能够达到不同的保幅效果。目前最常用的权函数是建立在Bleistein（1987）权函数的基础之上，针对叠前深度偏移推导出的，以格林函数振幅的形式给出：
（2）
其中，
和表示格林函数振幅；
表示炮点经地下深度点到检波点的绕射旅行时之和；
表示成像点x位置的梯度；
表示Beylkin行列式。
该权函数包括观测系统参数，适用于共炮点、共检波点和共偏移距的观测系统。
对于Kirchhoff保幅叠前时间偏移，其振幅加权函数在式（3）中给出：
（3）
其中，
w表示振幅加权函数，
表示介质速度，
表示成像点位置的双程旅行时，
表示炮点到成像点的绕射旅行时，
表示检波点到成像点的绕射旅行时。
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
表示炮点到成像点的绕射旅行时，
表示检波点到成像点的绕射旅行时，
表示炮点到检波点的绕射旅行时，
x表示偏移距，
表示地面方位角，
表示成像点位置的双程旅行时，
表示速度各向异性参数，
表示振幅加权函数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种全方位各向异性保幅成像与抽道集方法，该方法能建立准确的各向异性速度场，能抽取完全保幅的叠前方位道集，无论是速度各向异性还是振幅各向异性都能得到较好保持，从而能预测足够准确的裂缝信息。
为了解决上述技术问题，本发明的全方位各向异性保幅成像与抽道集方法是：通过在算法中引入各向异性参数来解决裂缝介质的各向异性问题，建立准确的各向异性速度场，并抽取优质保幅的叠前方位道集；通过全方位各向异性保幅偏移，保留和揭示裂缝介质中各向异性的速度和振幅；通过各向异性速度场和抽取的保幅叠前方位道集获取精确的裂缝信息。
该方法包括如下步骤：
步骤1：输入叠前全方位地震资料与常规各向同性速度场数据，进行全方位各向同性偏移；
步骤2：在产生的全方位共反射点道集上自动拾取剩余时差；
步骤3：通过速度随方位变化反演充分利用剩余时差信息，建立并更新各向异性速度场；
步骤4：以各向异性速度场为基础，更新偏移算法中的权重函数，实现全方位各向异性保幅偏移；
步骤5：迭代执行步骤2至步骤4，逐步提高全方位各向异性保幅成像与抽道集的质量。
在步骤3中引入各向异性参数来解决裂缝介质的各向异性问题，为实现各向异性参数的稳定求解，引入剩余时差的自动拾取技术；所述自动拾取技术为：首先，利用全方位的CMP道集进行全方位各向同性偏移，抽取不同方位的叠前道集；由于裂缝介质的方位各向异性影响，在不同的偏移距和方位角上会存在剩余时差，通过拾取这些时差来计算初始的各向异性参数；然后利用初始的各向异性速度模型，实施全方位各向异性保幅偏移抽道集；通过拾取这些时差来更新各向异性速度模型，得到优化后的各向异性速度场，然后再次进行全方位各向异性保幅偏移；如此反复迭代，当叠前方位道集的剩余时差几乎为零时，迭代结束，得到最终的各向异性速度场，然后根据下式
（9）
（10）
其中，
m表示偏移距个数，
n表示方位角个数，
t表示反射波旅行时，
x表示偏移距，
表示地面方位角，
表示成像点位置的双程旅行时，
表示速度各向异性参数。
实施全方位各向异性偏移，得到保幅的叠前方位道集用于振幅随方位变化裂缝反演。
在步骤5中提出了一种新型的地下照明方位-入射角域全方位各向异性成像的算法，该算法为：将地面的全方位各向异性偏移算法推广到地下局部照明方位角-入射角域，该算法在下式中给出；
（11）
（12）
（13）
（14）
（15）
其中，
表示地下成像点的振幅，
表示振幅加权函数，用来实现振幅保真，
表示地面波场的傅里叶变换，
和表示炮点和检波点到成像点的旅行时，
、和是速度各向异性参数，
和表示射线在炮点和检波点位置的出射角，
和表示炮点和检波点格林函数解的共轭，
该算法中的相关参数是地下方位角和入射角的函数；
通过下式
， （16）
， （17）
其中，
和分别表示入射角和照明方位角，
和表示地震波入射射线和散射射线在成像点位置的慢度矢量，
表示两个慢度矢量之和，
表示坐标轴矢量，
表示成像点位置的介质速度；
在偏移过程中自动计算地下方位角的角度和入射角的角度，实现真正的共方位角和共入射角的聚焦成像，并抽取保幅的叠前方位道集，改善后续的振幅随方位变化裂缝预测结果。
本发明的全方位各向异性保幅成像与抽道集方法与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本技术方案由于采用了通过在算法中引入各向异性参数来解决裂缝介质的各向异性问题的技术手段，所以，能建立准确的各向异性速度场，能抽取完全保幅的叠前方位道集，无论是速度各向异性还是振幅各向异性都能得到较好保持，从而能预测足够准确的裂缝信息。
2、本技术方案由于采用了输入叠前全方位地震资料与常规各向同性速度场数据，进行全方位各向同性偏移；在产生的全方位共反射点道集上自动拾取剩余时差；通过速度随方位变化反演充分利用剩余时差信息，建立并更新各向异性速度场；以各向异性速度场为基础，更新偏移算法中的权重函数，实现全方位各向异性保幅偏移；逐步提高全方位各向异性保幅成像与抽道集的质量的技术手段，所以，可更快速更精确地预测裂缝信息。
3、本技术方案由于引入剩余时差的自动拾取技术，所以，有利于对传统求解方程进行变换增强方程求解稳定性，确保建立准确的各向异性速度场，服务于全方位各向异性保幅成像与抽道集算法，以此实现从各向同性偏移到各向异性偏移的衔接与过渡。
4、本技术方案由于采用了一种新型的地下照明方位-入射角域全方位各向异性成像的算法，所以，可在Kirchhoff叠前时间偏移对速度模型的假设前提下，改善了对地下照明-入射角的估计精度，显著提高了后续偏移成像与抽道集质量，以及后续AVAZ(即振幅随方位变化)各向异性反演成果的准确性。该算法的振幅加权函数比地面方法存在较大的差异，目的是为了保证偏移后的振幅保真性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明的全方位各向异性保幅成像与抽道集方法作进一步的详细描述。
图 1 是具体实施流程图。
图 2 是物理模型资料介绍示意图 (a）模型三维设计图；(b）裂缝底界面构造图；(c）资料方位角分布图。
图 3 是全方位各向同性偏移抽取共偏移距的方位角道集示意图。
图 4 是通过各向同性偏移计算的速度各向异性参数示意图 (a）W11图；(b）W12图；(c）W22图。
图 5 是共偏移距方位角道集示意图 (a）各向同性偏移图；(b）分方位偏移图；(c）全方位各向异性偏移图。
图 6 是不同偏移方法抽取的叠前道集进行裂缝反演的结果示意图（a）各向同性偏移图；（b）分方位偏移图；（c）全方位各向异性偏移图。
图 7 是某工区边缘检测和断层解释结果示意图。
图 8 是裂缝预测结果对比以及和断层的匹配关系示意图。
图 9 是方位角数值计算模型示意图。
图 10是入射角数值计算模型示意图。
图 11是裂缝物理模型资料的指定方位（5-85°）的叠前道集示意图，（a）是常规全方位各向异性偏移图；（b）是改进的全方位各向异性偏移（95-175°）的叠前道集图；（c）是常规全方位各向异性偏移图；（d）是改进的全方位各向异性偏移图。
图 12是裂缝反演结果示意图（a）是裂缝物理模型资料的常规全方位各向异性偏移获取的裂缝反演效果图，（b）是改进方法获取的裂缝反演结果图。
具体实施方式
如图1所示，本实施方式的全方位各向异性保幅成像与抽道集方法是：通过在算法中引入各向异性参数来解决裂缝介质的各向异性问题，建立准确的各向异性速度场，并抽取优质保幅的叠前方位道集；通过全方位各向异性保幅偏移，保留和揭示裂缝介质中各向异性的速度和振幅；通过各向异性速度场和抽取的保幅叠前方位道集获取精确的裂缝信息。
本实施方式由于采用了通过在算法中引入各向异性参数来解决裂缝介质的各向异性问题的技术手段，所以，能建立准确的各向异性速度场，能抽取完全保幅的叠前方位道集，无论是速度各向异性还是振幅各向异性都能得到较好保持，从而能预测足够准确的裂缝信息。
作为本实施方式的一种改进，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤1：输入叠前全方位地震资料与常规各向同性速度场数据，进行全方位各向同性偏移；
步骤2：在产生的全方位共反射点道集上自动拾取剩余时差；
步骤3：通过速度随方位变化反演充分利用剩余时差信息，建立并更新各向异性速度场；
步骤4：以各向异性速度场为基础，更新偏移算法中的权重函数，实现全方位各向异性保幅偏移；
步骤5：迭代执行步骤2至步骤4，逐步提高全方位各向异性保幅成像与抽道集的质量。
本实施方式由于采用了输入叠前全方位地震资料与常规各向同性速度场数据，进行全方位各向同性偏移；在产生的全方位共反射点道集上自动拾取剩余时差；通过速度随方位变化反演充分利用剩余时差信息，建立并更新各向异性速度场；以各向异性速度场为基础，更新偏移算法中的权重函数，实现全方位各向异性保幅偏移；逐步提高全方位各向异性保幅成像与抽道集的质量的技术手段，所以，可更快速更精确地预测裂缝信息。
作为本实施进一步的改进，如图1所示，在上述步骤3中引入各向异性参数来解决裂缝介质的各向异性问题，为实现各向异性参数的稳定求解，引入剩余时差的自动拾取技术；所述自动拾取技术为：首先，利用全方位的CMP道集进行全方位各向同性偏移，抽取不同方位的叠前道集；由于裂缝介质的方位各向异性影响，在不同的偏移距和方位角上会存在剩余时差，通过拾取这些时差来计算初始的各向异性参数；然后利用初始的各向异性速度模型，实施全方位各向异性保幅偏移抽道集；通过拾取这些时差来更新各向异性速度模型，得到优化后的各向异性速度场，然后再次进行全方位各向异性保幅偏移；如此反复迭代，当叠前方位道集的剩余时差几乎为零时，迭代结束，得到最终的各向异性速度场，然后根据下式
（9）
（10）
其中，
m表示偏移距个数，
n表示方位角个数，
t表示反射波旅行时，
x表示偏移距，
表示地面方位角，
表示成像点位置的双程旅行时，
表示速度各向异性参数。
实施全方位各向异性偏移，得到保幅的叠前方位道集用于振幅随方位变化裂缝反演。
本实施方式由于引入剩余时差的自动拾取技术，所以，有利于对传统求解方程进行变换增强方程求解稳定性，确保建立准确的各向异性速度场，服务于全方位各向异性保幅成像与抽道集算法，以此实现从各向同性偏移到各向异性偏的衔接与过渡。
作为本实施方式再进一步的改进，如图1所示，在上述步骤5中提出了一种新型的地下照明方位-入射角域全方位各向异性成像的算法，该算法为：将地面的全方位各向异性偏移算法推广到地下局部照明方位角-入射角域，该算法在下式中给出；
（11）
（12）
（13）
（14）
（15）
其中，
表示地下成像点的振幅，
表示振幅加权函数，用来实现振幅保真，
表示地面波场的傅里叶变换，
和表示炮点和检波点到成像点的旅行时，
、和是速度各向异性参数，
和表示射线在炮点和检波点位置的出射角，
和表示炮点和检波点格林函数解的共轭。
该算法中的相关参数是地下方位角和入射角的函数；
通过下式
， （16）
， （17）
其中，
和分别表示入射角和照明方位角，
和表示地震波入射射线和散射射线在成像点位置的慢度矢量，
表示两个慢度矢量之和，
表示坐标轴矢量，
表示成像点位置的介质速度。
在偏移过程中自动计算地下方位角的角度和入射角的角度，实现真正的共方位角和共入射角的聚焦成像，并抽取保幅的叠前方位道集，改善后续的振幅随方位变化裂缝预测结果。
本实施方式由于采用了一种新型的地下照明方位-入射角域全方位各向异性成像的算法，所以，可在Kirchhoff叠前时间偏移对速度模型的假设前提下，改善了对地下照明-入射角的估计精度，显著提高了后续偏移成像与抽道集质量，以及后续AVAZ(即振幅随方位变化)各向异性反演成果的准确性。该算法的振幅加权函数比地面方法存在较大的差异，目的是为了保证偏移后的振幅保真性。
为了实现精确的裂缝探测，本发明提出了全方位各向异性保幅偏移和抽道集方法及其改进算法，能够克服常规各向同性偏移和分方位偏移存在的缺陷，通过在算法中引入各向异性参数来解决裂缝介质的各向异性问题，建立准确的各向异性速度场，并抽取优质保幅的叠前方位道集。通过全方位各向异性保幅偏移，裂缝介质的速度和振幅各向异性被很好地保留和揭示。利用各向异性速度场可以实现基于VVAZ反演的裂缝识别，利用抽取的保幅叠前方位道集可以实现基于AVAZ反演的裂缝识别，通过两者结合获取精确的裂缝信息。以图5为例，通过对比可以发现，各向同性偏移和分方位偏移不能很好的将同相轴拉平。在准确各向异性参数的帮助下，通过全方位各向异性偏移能够将同相轴拉平，这种拉平的叠前道集势必改善储层的成像精度。以图6为例，通过对比可以发现，利用各向同性和分方位偏移输出的叠前道集进行裂缝反演，得到的裂缝预测存在大面积的异常区域，不能获得准确的裂缝密度和走向信息。通过全方位各向异性偏移输出的叠前道集能够得到较为均匀的裂缝密度和准确的裂缝走向信息。以图8为例，通过对比可以发现，全方位各向异性保幅偏移识别的裂缝信息和断层的发育规律非常吻合。而通过常规方法获取的裂缝密度和走向信息相对杂乱，基本没有规律可言。
本发明所提供的全方位各向异性保幅成像与抽道集方法的基本原理如下：
全方位各向异性保幅偏移是为了解决裂缝介质的方位各向异性问题，但是实现该算法的关键是提供速度各向异性参数 W ，这看似是相互矛盾的问题。为此我们提出了基于全方位各向同性和各向异性偏移相结合的方法来求取各向异性速度参数。首先，利用全方位的CMP道集进行全方位各向同性偏移，抽取不同方位的叠前道集。由于裂缝介质的方位各向异性影响，在不同的偏移距和方位角上会存在剩余时差，通过拾取这些时差来计算初始的各向异性参数。然后利用初始的各向异性速度模型，实施全方位各向异性保幅偏移抽道集。如果各向异性参数计算正确的话，应该不会存在剩余时差，但是一次成功的可能性相对较小。不同的偏移距和方位角上仍然会存在剩余时差，但是会相对减小，通过拾取这些时差来更新各向异性速度模型，得到优化后的各向异性速度场，然后再次进行全方位各向异性保幅偏移。如此反复迭代多次，当叠前方位道集的剩余时差几乎为零时，迭代结束，得到最终的各向异性速度场，然后根据式（4）实施全方位各向异性偏移，得到保幅的叠前方位道集用于AVAZ裂缝反演。
在裂缝介质中，速度各向异性会引起反射波旅行时随方位的变化，其规律在式（9）中给出。求解速度各向异性参数需要获取不同方位和偏移距上的准确旅行时t。假如经过全方位各向同性偏移后输出具有m组偏移距和n组方位角的叠前道集，从而根据矩阵（10）就能够计算出速度各向异性参数，用于后续的全方位各向异性偏移。
另一方面，全方位各向异性偏移通过在算法引入速度各向异性参数，从而能够在偏移过程中解决方位各向异性问题，实现旅行时等参数随方位角的变化，达到准确的能量归位聚焦和振幅保持。对于地面炮检点方位角-偏移距域全方位各向异性偏移，其算法已在式（4）中给出。如果将地面的全方位各向异性偏移算法推广到地下局部照明方位角-入射角域，在式（11）中给出。该算法中的相关参数不再是地面炮检点方位角和偏移距的函数，而是地下方位角和入射角的函数。该算法的振幅加权函数相比地面方法存在较大的差异，目的是为了保证偏移后的振幅保真性。
对于改进的全方位各向异性偏移方法，准确计算地下的局部照明方位角和入射角是非常关键的。根据图1所示的地震波在地下成像点的局部传播特征，式（16）给出计算方位角和入射角的公式。通过在偏移过程中自动计算两个角度，实现真正的共方位角和共入射角的聚焦成像，并抽取保幅的叠前方位道集，改善后续的AVAZ裂缝预测结果。
裂缝物理模型是证明本发明优势的一项重要佐证。该裂缝物理模型如图2所示。图2表示裂缝物理模型三维设计图，其中共有三层介质，第二层是裂缝介质，裂缝走向设计为90°，其余两层是各向同性介质。图2（b）展示了裂缝底界面构造图，可以看到一个穹窿构造、正断层和垂直断层构造。图2（c）表示物理模型资料的方位角分布特征，可以看出该资料属于窄方位资料。如果采用常规的分方位处理和偏移思路，通常只能利用0-40°和140-180°方位的资料，其他方位的资料由于覆盖次数较少将被舍弃，这将不利于获取裂缝介质的方位各向异性信息。而全方位偏移能够充分利用所有方位的资料，更有利于保持和揭示裂缝介质的方位各向异性特征。
将全方位各向同性偏移应用到物理模型资料中，然后抽取共偏移距的方位角道集，如图3所示，在此只给出了偏移距在500m、1000m、1500m和2000m位置的方位角道集，其中方位角范围是0-180°。在图3中能够明显看到不同偏移距和方位角的剩余时差，这些剩余时差正是由速度方位各向异性引起的。随着偏移距增加，相同方位的剩余时差在逐渐增大；对于相同的偏移距，剩余时差在90°方位达到最大值，也就是平行裂缝走向的方位。图3中CRP道集的空白区域表示该偏移距和方位角位置处没有资料分布。通过全方位偏移精细拾取剩余时差，能够获取不同偏移距和方位角的正确旅行时，然后代入式（10）中计算速度各向异性参数 W 。图4表示的是通过全方位各向同性偏移计算得到的速度各向异性参数数据体，它们为后续全方位各向异性偏移奠定了基础。
图5所示的共偏移距方位角道集显示，常规各向同性偏移和分方位偏移的能量聚焦效果不理想，在远偏移距同相轴的连续性变差，在叠前道集上也很难观察到较为明显而且一致的振幅变化规律。而通过全方位各向异性偏移能够实现能量的理想聚焦，提高振幅的可靠性和同相轴的连续性，并且能够观察到较为明显而且一致的振幅变化特征。对于固定的偏移距，振幅随方位角先增大后减小，在裂缝走向方位上达到最大值（图5（c））。
通过不同偏移方法获得了不同品质和保幅性的叠前道集，运用不同的叠前道集进行AVAZ反演将得到不同的裂缝预测结果。图6展示了各向同性偏移抽道集、分方位偏移抽道集和全方位各向异性偏移抽道集进行裂缝反演的结果对比。可以发现，利用各向同性和分方位偏移输出的叠前道集进行裂缝反演，得到的裂缝预测存在大面积的异常区域，不能获得准确的裂缝密度和走向信息。通过全方位各向异性偏移输出的叠前道集能够得到较为均匀的裂缝密度和准确的裂缝走向信息，说明了全方位偏移输出的道集品质和保幅性相对更高，有利于叠前裂缝预测。
断层的发育规律也可以用于评价裂缝预测的准确性。裂缝的发育规律在很大程度上受到断层的控制或者两者之间具有某些联系，因此，正确的裂缝预测结果应该与断层的发育规律具有较好的匹配关系。图7显示了我国西部某工区其中一个组段内的边缘检测平面结果，发育三个较明显、规模较大的断层，现分别选择图中断层1、2和3位置的裂缝预测结果进行对比分析，如图8所示。图8（a）、（b）和（c）分别对应于图7中的断层1、2和3的裂缝预测结果对比，左图代表基于全方位各向异性偏移的裂缝综合探测结果，右图代表的是利用分方位偏移获取的裂缝反演结果。通过对比可以看出，全方位各向异性保幅偏移识别的裂缝信息和断层的发育规律非常吻合。在断层附近，由于断裂活动导致岩石破碎，裂缝发育表现为多组杂乱的特征，从而总体体现为较低的裂缝密度。而远离断层区域，单组裂缝有可能相对较为发育，从而表现为较高的裂缝密度。通过全方位各向异性偏移获取的裂缝方位相对更有规律，与区域构造应力具有一定程度的关系。对于在断层两侧裂缝发育方位存在突变的问题，主要是由于塔里木地区的多期构造应力导致的。即便如此，通过全方位各向异性偏移探测的裂缝走向和密度信息具有更强的可解释性和地质意义。而通过常规方法获取的裂缝密度和走向信息相对杂乱，基本没有规律可言。
为了充分说明地面炮检点方位角和偏移距不能正确反映地震波在地下介质中的传播特征，在此给出几个数值计算实例。在图9中，假设地面有一炮检对，方位为90°，偏移距为3000m，在地下5000m深度位置有四个点A、B、C和D。在炮点位置激发，计算地震波传播到地下不同位置的照明方位角，其结果在表1中列出。可以看出，地震波在地下不同位置的照明方位是不同的，不再等于地面炮检点方位角。特别是当地震波传播到D点时，局部照明方位为100.9°，与地面方位存在很大差异。这里仅仅讨论的是均匀介质，对于复杂构造，更不能简单使用地面方位来代表波场在地下的传播方向，这也就是地面全方位各向异性偏移方法的缺点。为了更进一步分析，分别计算了offset=5000m，z=5000m和offset=5000m，z=3000m时的照明方位，其结果在表2和表3中列出。通过对比可以看出：（1）当地下成像点位于炮检点方位的正下方时，地下方位角等于地面方位角；（2）随着地下成像点逐渐偏离地面炮检点方位，地下方位与地面方位的差异逐渐增加；（3）地下方位和地面方位的差异大小与地面偏移距和成像点深度有关，偏移距越小差异越大，深度越浅差异越大。下面讨论由偏移距计算入射角的误差。如图10所示，在S处激发，检波点R处分别接收来自地下A、B、C、D和E五个点的反射，它们对应的地层倾角分别为30°、20°、10°、5°和0°。地面各向异性偏移方法通过将偏移距基于水平层状介质假设转换到角度域，忽略了地层倾斜对入射角的影响。在表4中列出了基于平层假设计算的入射角与真实入射角之间的差异。可以看出，随着地层倾角逐渐增大，计算入射角与真实入射角的差异也在逐渐增大，最大误差可达到6°。说明当地下发育倾斜地层时，通过偏移距转化不能够获取正确的入射角信息。
表1 offset=3000m, h=5000m时不同点计算得到的照明方位
| 炮检点方位 | A点照明方位 | B点照明方位 | C点照明方位 | D点照明方位 |
| 90.0 | 90.0 | 91.5 | 95.3 | 100.9 |
表2 offset=5000m, h=5000m时不同点计算得到的照明方位
| 炮检点方位 | A点照明方位 | B点照明方位 | C点照明方位 | D点照明方位 |
| 90.0 | 90.0 | 91.3 | 94.8 | 100.1 |
表3 offset=5000m, h=3000m时不同点计算得到的照明方位
| 炮检点方位 | A点照明方位 | B点照明方位 | C点照明方位 | D点照明方位 |
| 90.0 | 90.0 | 92.6 | 99.9 | 110.0 |
表4基于层状介质假设的入射角计算值与真实值的误差统计
| 地层倾角（°） | 入射角计算值（°） | 真实入射角（°） | 误差（°） |
| 0 | 26.5 | 26.5 | 0.0 |
| 5 | 26.5 | 26.0 | 0.5 |
| 10 | 26.5 | 25.5 | 1.0 |
| 20 | 26.5 | 23.0 | 3.5 |
| 30 | 26.5 | 20.0 | 6.5 |
将改进的全方位各向异性偏移方法应用到裂缝物理模型资料上，将抽取的叠前方位道集与地面全方位各向异性偏移进行对比，如图11所示，该道集对应于裂缝物理模型的穹窿构造位置。通过对比可以看出，利用改进的全方位各向异性偏移抽取的叠前方位道集具有更高的信噪比，这主要得益于更加准确的能量聚焦。与此同时，叠前方位道集的振幅变化规律更加清晰，同相轴的连续性更好。需要特别指出的是在85°和95°方位的两个道集，两者差异较大。因为该物理模型是窄方位资料，在85°和95°方位采集的地震数据相对较少。如果采用地面的全方位各向异性偏移方法，按照地面炮检点方位角进行数据划分，在某一方位的地震数据不会对其他方位的成像产生任何贡献。而地震波在复杂介质中的传播规律并非如此，从地面向下传播的波场在成像点的照明方位角不是由地面方位所决定的。因此，通过地下局部照明方位角-入射角域的全方位各向异性偏移能够正确计算地震波传播到成像点位置的正确照明方位角，然后将其归到该方位范围进行成像。这就意味着地面上某个方位的地震数据会对其他方位的成像产生贡献，充分利用了三维地震资料的优势。通过改进的全方位各向异性偏移克服了常规地面偏移方法的缺陷，提高了叠前抽道集的品质和保幅性。
通过两种不同的全方位各向同性偏移方法抽取了不同品质的叠前方位道集，得到如图12所示的不同裂缝预测结果。通过对比可以看出，在大部分区域，两种方法获得的反演结果基本相同，裂缝密度和走向吻合。而在构造相对复杂位置，例如正断层区域J和穹窿构造区域I，改进的全方位各向异性偏移方法能够得到更准确的裂缝密度和走向信息。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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Claims (2)
1.一种全方位各向异性保幅成像与抽道集方法，其特征在于：通过在算法中引入各向异性参数来解决裂缝介质的各向异性问题，建立准确的各向异性速度场，并抽取优质保幅的叠前方位道集；通过全方位各向异性保幅偏移，保留和揭示裂缝介质中各向异性的速度和振幅；通过各向异性速度场和抽取的保幅叠前方位道集获取精确的裂缝信息；具体步骤如下：
步骤1：输入叠前全方位地震资料与常规各向同性速度场数据，进行全方位各向同性偏移；
步骤2：在产生的全方位共反射点道集上自动拾取剩余时差；
步骤3：通过速度随方位变化反演充分利用剩余时差信息，建立并更新各向异性速度场；
步骤4：以各向异性速度场为基础，更新偏移算法中的权重函数，实现全方位各向异性保幅偏移；
步骤5：迭代执行步骤2至步骤4，逐步提高全方位各向异性保幅成像与抽道集的质量；
在步骤3中引入各向异性参数来解决裂缝介质的各向异性问题，为实现各向异性参数的稳定求解，引入剩余时差的自动拾取技术；所述自动拾取技术为：首先，利用全方位的CMP道集进行全方位各向同性偏移，抽取不同方位的叠前道集；由于裂缝介质的方位各向异性影响，在不同的偏移距和方位角上会存在剩余时差，通过拾取这些时差来计算初始的各向异性参数；然后利用初始的各向异性速度模型，实施全方位各向异性保幅偏移抽道集；通过拾取这些时差来更新各向异性速度模型，得到优化后的各向异性速度场，然后再次进行全方位各向异性保幅偏移；如此反复迭代，当叠前方位道集的剩余时差几乎为零时，迭代结束，得到最终的各向异性速度场，然后根据下式
（9）
（10）
其中，
m表示偏移距个数，
n表示方位角个数，
t表示反射波旅行时，
x表示偏移距，
表示地面方位角，
表示成像点位置的双程旅行时，
表示速度各向异性参数；
实施全方位各向异性偏移，得到保幅的叠前方位道集用于振幅随方位变化裂缝反演。
2.根据权利要求1所述的全方位各向异性保幅成像与抽道集方法，其特征在于，在步骤5中提出了一种新型的地下照明方位-入射角域全方位各向异性成像的算法，该算法为：将地面的全方位各向异性偏移算法推广到地下局部照明方位角-入射角域，该算法在下式中给出；
（11）
（12）
（13）
（14）
（15）
其中，
表示地下成像点的振幅，
表示振幅加权函数，用来实现振幅保真，
表示地面波场的傅里叶变换，
和表示炮点和检波点到成像点的旅行时，
、和表示速度各向异性参数，
和表示射线在炮点和检波点位置的出射角，
和表示炮点和检波点格林函数解的共轭，
该算法中的相关参数是地下方位角和入射角的函数；
通过下式
， （16）
， （17）
其中，
和分别表示入射角和照明方位角，
和表示地震波入射射线和散射射线在成像点位置的慢度矢量，
表示两个慢度矢量之和，
表示坐标轴矢量，
表示成像点位置的介质速度；
在偏移过程中自动计算地下方位角的角度和入射角的角度，实现真正的共方位角和共入射角的聚焦成像，并抽取保幅的叠前方位道集，改善后续的振幅随方位变化裂缝预测结果。
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