李 军,胥良君,斯兴焱,李录明

(1.成都理工大学 地球探测与信息技术教育部重点实验室,成都 610059;2.西南油气田分公司重庆气矿,重庆 400021)

0 前言

当地层存在各向异性时,地震波的传播速度与传播方向有关,从而使时距曲线会变得更复杂。对于纵波而言,各向异性的存在,使得常规双曲线速度分析对于恢复垂直速度变得不充分。因此,要提高速度分析的精度,必须考虑地层各向异性对速度的影响,以各向异性介质的时距曲线为理论基础,按照一定的方法步骤,同时求取地震速度和地层各向异性系数二类参数。对于 P～SV转换波而言,即使在各向同性介质中,由于射线路径的不对称,时距曲线为非双曲线,各向异性的存在更加剧了这种非双曲效应。对于各向异性转换波时距曲线有二种方法描述:①用双平方根方程 (DSR),此法对于长排列来说精度较高,但其计算依赖于纵波数据;②利用高价泰勒级数展开法 (单平方根方法),最初此法精度较低,但经过 LiXiangyang,Yuan Jianxin的改进,使得炮检距与深度之比在 2.0范围以内是精确的。

作者在本文以 VTI介质的 P波和 P～SV转换波的时距曲线为基础,按照一定的方法步骤,求出多波速度及各向异性系数。并用 QT开发出一套各向异性介质三维多波速度分析及速度建模的软件,包含各向异性 P波叠加速度建模,各向异性 P～SV波 DSR法叠加速度建模,以及各向异性 P～SV波 C方法 (单平方根方程法)叠加速度建模,通过理论资料和实际资料的处理表明,该方法和软件的正确性。

1 P波及 P～SV波时距曲线方程

多波速度分析建立在多波时距曲线基础之上,各向同性的 P波时距曲线可表示为[1]:

各向异性横波时距曲线可表示为[3]:

各向异性的 P～SV波DSR方法时距曲线可表示为:

在式 (1)～式 (5)中,t0p为纵波双程垂直反射时间;t0s为横波双程垂直反射时间;tp为纵波旅行时;ts为横波旅行时;tps为 P-SV转换波旅行时;xp为 P-SV波激发点到转换点的水平距离;xs为P-SV波转换点到接收点的水平距离;vpnmo为 P波动校正速度;vsnmo为 S波动校正速度;ηeff为 P波各向异性系数;ξeff为横波各向异性系数;x为炮检距。

常规的 P～SV波单平方根时距曲线可表示为:

各向异性的 P～SV波单平方根 (C方法)时距曲线可表示为[3]:

在式 (6)～式 (10)中,tC为炮检距为 x处的旅行时;tC0为零偏移距转换波双程旅行时;Vcnmo为转换波动校正速度;γ0和γeff分别为纵横波垂直速度比和等效速度比;χeff为各向异性系数。

2 各向异性介质多波速度分析方法步骤

在得到了各向异性介质 P波及 P～SV波时距曲线基础上,就可以采用速度谱技术求出各向异性介质多波速度和各向异性系数。总的原则是先进行 P波速度分析,再做转换波速度分析;先进行各向同性分析,再做各向异性分析。

2.1 各向异性介质 P波速度分析方法及步骤

公式 (2)为各向异性 P波时距曲线,该公式由三个参数所确定,分别为:t0p、vpnmo、ηeff。首先进行各向同性的常规处理,得到 t0p和 vpnmo;再进行各向异性分析,在固定的时间 t0p,求取更精确的 vpnmo和各向异性系数ηeff。具体步骤如下:

(1)利用公式 (1)对 P波 CMP道集进行各向同性速度分析,求取 (t0p,vpnmo)。

(2)以 t0p为已知参数,固定 t0p,利用公式 (2),通过双参数扫描方法求取纵波速度 vpnmo和各向异性系数ηeff。

2.2 各向异性介质 P～SV波 DSR速度分析方法及步骤

公式 (5)为各向异性的 P～SV波时距曲线,该公式由六个参数所确定,分别为 t0p、t0s、vpnmo、vsnmo、ηeff、ξeff。总的原则是先进行 P波速度分析,再对转换波进行速度分析;先进行常规的速度分析,再做各向异性分析。具体步骤如下:

(1)对 P波进行各向异性速度分析,求取 (t0p,vpnmo,ηeff)。

(2)用公式 (4)进行常规的转换波速度分析,求取 (t0p,vsnmo)或 (t0ps,vsnmo)。

(3)根据层位对比结果 ,以 t0p、t0s、vpnmo、ηeff为已知参数,固定层位,由公式 (5)进行 (vsnmo,ξeff)的双参数扫描,从而得到横波速度 vsnmo和各向异性系数ξeff。

2.3 各向异性介质 P～SV波 C方法波速度分析方法及步骤

公式 (7)为各向异性 P～SV波单平方根时距曲线,该公式由五个参数所确定,分别为 tc0、vcnmo、γ0、γeff、χeff。求取以上参数,需要结合 P波处理结果,具体步骤如下:

(1)首先对 P波进行速度分析,求取 (t0p,vpnmo),并得到 P波叠加剖面。

(2)利用双曲近似公式 (6),在小炮检距情况(X/Z<1.0)下进行速度分析,得到初始的转换波叠加剖面,并与 P波叠加剖面进行对比得到γ0,从而获得 t0c和 vcnmo以及γ0。

(3)因为转换波时距曲线对γeff变化并不敏感,因此通过公式 (10)可计算γeff。

(4)以γ0和γeff为已知参数,对某一固定的t0c,根据公式(7)通过双参数扫描方法求取转换波速度 vcnmo和各向异性系数χeff。

3 软件成果及资料处理

各向异性介质多波速度分析的交互处理软件主要完成交互拾取,建立三维 P波各向异性叠加速度模型,用双平方根方程交互拾取,建立三维 P～SV波各向异性叠加速度模型,用单平方根方程交互拾取,以及建立三维 P～SV波各向异性叠加速度模型。软件主要由文件载入、选线、速度谱显示和剖面绘制、交互速度拾取、常变速动校正、叠加、各向异性分析几部份组成。载入数据后,软件主界面如图 1所示,图 1中从左到右分别为速度谱、CMP道集和动校正道集。

图1 速度分析软件Fig.1 Velocity analysis software

3.1 理论资料处理

为了验证软件的正确性,作者对理论 P波和 P～SV波 CMP道集数据进行了处理。在理论数据中,各向异性系数从零开始,每层按 0.02递增,一共二十层。

P波各向同性速度分析及动校正如图 2(见下页)所示。在图 2中,从左到右分别为速度谱、CMP道集、动校正道集以及动校正后的叠加段。

P波各向异性速度分析及动校正如图 3(见下页)所示。

P～SV波 DSR各向同性和各向异性速度分析及动校正,分别见下页图 4和图 5。

P～SV波单平方根各向同性和各向异性速度分析及动校正,分别见后面图 6和图 7。

从图 2～图 7可以看出,各向同性的速度分析及动校正,都不能将同相轴校平,各向异性速度分析及动校正才能将同相轴校平,特别在浅层的大炮检距情况下。

3.2 实际资料处理

用该方法及软件对某地区 P波和 P～SV转换波资料进行处理 (转换波处理以 DSR方法为例),求取速度谱,并用交互软件进行分析。

P波速度谱及动校正如图 8(见后面)所示。

P～SV转换波速度谱及动校正如图 9(见下页)所示。

P波各向同性和各向异性处理的叠加剖面,分别如后面图 10、图 11所示。从图 10、图 11中可见,各向异性的 P波叠加剖面分辨率更高,同相轴更清晰,效果更好。

P～SV转换波各向同性和各向异性处理的叠加剖面,分别如后面图 12、图 13所示。从图 12～图 13也可看出,各向异性的 P～SV转换波叠加剖面分辨率更高,同相轴更清晰、连续,并且效果更好。

4 结论

作者在本文以各向异性 P波及 P～SV转换波时距曲线为基础,开发出一套各向异性介质多波速度分析的交互处理软件。该软件可建立各向异性三维 P波叠加速度模型,各向异性三维 P～SV波DSR方法叠加速度模型,以及各向异性三维 P～SV波 C方法叠加速度模型。用该方法及软件对理论资料和实际资料进行处理,取得了较好的处理效果,适应各向异性和大炮检距资料的处理。

[1] 李录明,罗省贤.多波多分量地震勘探原理及数据处理方法[M].成都:成都科技大学出版社,1997.

[2] ALKHAL IFAH T. Velocity analysis using nonhyperbolic moveout in transversely isotrop ic media [ J ]. Geophysics,1997, 62 (6) : 1839

[3] L I X Y, YUAN J. Converted - wave moveout and conversion- point equations in layered VTI media: theoryand app lication [ J ]. Journal of App lied Geophysics,2003, 54: 297.

[4] 李录明,罗省贤.P-SV转换波速度分析方法及解释方法[J].石油地球物理勘探,1995,30(1):66.

[5] 胥良君.各向异性介质多波速度分析及可视化软件实现[D].成都理工大学硕士学位论文,2008.

[6] 罗省贤,李录明,陈春继.VTI介质多波速度与各向异性系数求取及应用 [J].物探化探计算技术,2005,27(3):214.

[7] 陈春继,李录明.各向异性介质转换波速度分析方法[J].成都理工大学学报 (自然科学版),2004,(2):1.

[8] TSVANKIN I, THOMSEN L. Nonhyperbolic reflection moveout in anisotrop ic media [ J ]. Geophysics, 1994,59: 1290.

[9] THOMSEN L. Converted - wave reflection seismology over inhomogeneous, anisotrop ic media [ J ]. Geophysics,1999, 64: 678.