寬方位數(shù)據(jù)的炮檢距向量片域處理及偏移道集校平方法

寬方位數(shù)據(jù)的炮檢距向量片域處理及偏移道集校平方法袁剛;王西文;雍運(yùn)動(dòng);趙萬金【摘要】炮檢距向量片(offsetvectortile,OVT)是一種新穎的疊前數(shù)據(jù)編排方式，當(dāng)?shù)卣饠?shù)據(jù)分選到OVT域后,地震資料的各種屬性特征表現(xiàn)得更加明顯，充分利用這些特征，可以改善噪聲壓制、振幅均衡、數(shù)據(jù)規(guī)則化等各種處理過程的效果.OVT道集偏移后的CRP道集(CRPgatherafterOVTmigration,OVG)含有方位各向異性信息,同相軸隨觀測(cè)方位的變化而明顯起伏,典型表現(xiàn)形式是“蝸牛道”,可以用于方位各向異性研究?采用非剛性匹配(non-rigidmatching,NRM)技術(shù)能有效校平“蝸牛道”，改善成像效果，提高AVO分析精度?實(shí)際的寬方位資料處理結(jié)果表明，經(jīng)過OVT域預(yù)處理和道集校平，其處理成果可以分析振幅隨傾角和方位角的變化(amplitudeversusangleandazimuth,AVAZ),進(jìn)行分方位裂縫預(yù)測(cè).OVT域處理是寬方位三維地震資料的一種有效的處理方法.期刊名稱】《石油物探》年(卷),期】2016(055)001【總頁數(shù)】7頁(P84-90)【關(guān)鍵詞】寬方位;OVT；偏移；“蝸牛道”；非剛性匹配【作者】袁剛;王西文;雍運(yùn)動(dòng);趙萬金【作者單位】中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020；中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020；中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020；中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020【正文語種】中文【中圖分類】P631近年來,寬方位高密度地震技術(shù)在石油勘探中的應(yīng)用越來越普遍,成為致密油氣藏、地層巖性油氣藏等復(fù)雜油氣勘探領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)方法之一,寬方位地震資料處理技術(shù)也因此成為國內(nèi)外資料處理研究和試驗(yàn)的熱點(diǎn)［1］。在各種寬方位地震資料處理技術(shù)中，炮檢距向量片(offsetvectortile,OVT)處理技術(shù)因?yàn)橐子趯?shí)現(xiàn)、使用靈活、效果優(yōu)良,逐漸發(fā)展成為工業(yè)界地震資料處理的主流方法之一。OVT的概念最早由VERMEER［2］和CARY［3］在研究寬方位數(shù)據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)提出的,STARR［4］第1次生成了OVT道集JENNER等⑸和WILLIAMS等［6］從中發(fā)現(xiàn)了這種方法在方位各向異性速度分析和研究地震振幅隨傾角、方位角變化特征(AVAZ)方面的價(jià)值。此后，國外開展了大量寬方位數(shù)據(jù)OVT域處理技術(shù)的系統(tǒng)研究CARY等［7］提出了OVT域數(shù)據(jù)規(guī)則化的方法,VERMEER［8-9］系統(tǒng)地論述了OVT采集、處理的一些基本問題,至此,寬方位數(shù)據(jù)在OVT域處理技術(shù)在理論上基本成型。近幾年OVT處理在國內(nèi)逐漸引起重視。段文勝等［10-11］介紹了OVT的基本概念和數(shù)據(jù)處理概況,劉依謀等［12］在寬方位地震勘探技術(shù)新進(jìn)展中介紹了OVT域處理技術(shù)。本文以實(shí)際寬方位地震數(shù)據(jù)為研究實(shí)例，介紹了OVT域道集抽取方法，展示了OVT偏移后的CRP道集(CRPgatherafterOVTmigration,OVG)“蝸牛道”現(xiàn)象，提出了用非剛性匹配(non-rigidmatching,NRM)技術(shù)校平“蝸牛道”的原理和實(shí)現(xiàn)過程，用實(shí)例展示了OVT域處理和OVG道集NRM校平技術(shù)在改善地震成像和疊前裂縫預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用效果。圖1a是中國東部某工區(qū)全方位三維數(shù)據(jù)的偏移距-方位角玫瑰圖，極坐標(biāo)中極徑為偏移距，極角為方位角AB,A'B4道位于一個(gè)同心圓上，具有相同的偏移距，且A,BAB之間分別相差90。。傳統(tǒng)的Kirchhoff積分偏移方法在共偏移距道集上積分求解，意味著圖1a中的同心圓上的所有地震道將一起輸入積分方程，偏移輸出只包含偏移距信息,無方位角信息。如：4道中,A與A：B與B'之間由于炮檢波互換原理可以輸出同一道，而A與B兩道之間正交，如果存在方位各向異性，那么A,B兩道之間地震速度和旅行時(shí)有細(xì)微差異，且地震振幅不同,這就是AVAZ現(xiàn)象。依據(jù)AVAZ現(xiàn)象可以進(jìn)行方位各向異性分析。實(shí)際上,我們?cè)谑褂脗鹘y(tǒng)的共偏移距積分求解時(shí)，沒有考慮A,B之間的方位各向異性問題，對(duì)具有相同偏移距的同心圓上所有地震道積分輸出了一個(gè)加權(quán)的結(jié)果,從而失去了方位各向異性信息,偏移后的CRP道集無法用于方位各向異性分析。OVT域偏移很好地解決了這一問題,OVT道集是一種有別于傳統(tǒng)的共炮點(diǎn)、共檢波點(diǎn)和共CMP點(diǎn)的新的三維地震疊前數(shù)據(jù)的編排方式，其實(shí)質(zhì)是對(duì)每個(gè)CMP,依據(jù)偏移距和方位角，將地震數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)分編排成不同的OVT號(hào)，抽取不同CMP的具有相同OVT號(hào)的地震道就可以形成新的OVT道集。如：將圖1a中4個(gè)面元分別賦為OVT號(hào)則OVT號(hào)為A的地震道的偏移距范圍大約為1350~1400m,方位角大約為100。~110°。將三維工區(qū)內(nèi)所有CMP位于A點(diǎn)位置的地震道抽取出來，重新排序，形成OVT道集，那么OVT片號(hào)為A的OVT道集內(nèi)所有地震道偏移距都約為1350~1400m,方位角約為100。~110。。每個(gè)OVT道集從每個(gè)CMP中抽取了一道，因此每個(gè)OVT道集又是一個(gè)單次覆蓋的非零偏三維數(shù)據(jù)體,每道有相應(yīng)的Inline和Xline線號(hào),對(duì)應(yīng)特定的物理位置。如果觀測(cè)系統(tǒng)規(guī)則，覆蓋次數(shù)均勻，那么OVT道集的個(gè)數(shù)將近似等于覆蓋次數(shù)。雖然根據(jù)CMP的偏移距-方位角玫瑰圖更易于理解和分析OVT,但在實(shí)際應(yīng)用中,OVT號(hào)的定義和編排是在十字交叉排列上進(jìn)行的。圖1b是圖1a的全方位數(shù)據(jù)的一個(gè)十字交叉排列,坐標(biāo)原點(diǎn)是十字排列的中心,沿坐標(biāo)軸方向,按炮線距和接收線距的一半距離將十字交叉排列劃分成小面元，每個(gè)面元稱為一個(gè)OVT片片內(nèi)的數(shù)字是對(duì)應(yīng)的OVT片號(hào)。顯然，每個(gè)OVT片的中心到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離就是這個(gè)OVT片的近似偏移距，面元中心與坐標(biāo)原點(diǎn)連線與y軸的夾角就是方位角。如果將所有十字交叉排列相同OVT片號(hào)的數(shù)據(jù)抽取出來，再按CMP號(hào)分選，就形成了一個(gè)OVT道集。圖1a中的A點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于圖1b中編號(hào)為41的OVT片，將全部三維數(shù)據(jù)中，每個(gè)十字排列上所有編號(hào)為41的OVT片抽取出來，再按Inline和刈ne排序，就形成如圖1c所示的OVT道集，圖中的黃色箭頭即為每道的方位角。地震數(shù)據(jù)分選到OVT域形成OVT道集后，出現(xiàn)很多新的屬性特征[4],充分利用這些特征，可以用來進(jìn)行壓制噪聲、均衡振幅、數(shù)據(jù)規(guī)則化等處理，從而改善OVT道集的質(zhì)量，提高偏移效果。首先，一個(gè)OVT道集近似一個(gè)非零偏移距單次覆蓋數(shù)據(jù)，因此,一些只局限于疊后的去噪方法得到解放,如三維徑向預(yù)測(cè)濾波、三維隨機(jī)噪聲衰減、中值濾波等方法，可以直接應(yīng)用于OVT道集，從而極大豐富了去噪手段。其次,OVT道集內(nèi)的地震道具有相近的方位角和偏移距，噪聲的能量、頻率等屬性特征更加明顯，分布范圍比較固定，因而比較容易實(shí)現(xiàn)開時(shí)窗處理,且每個(gè)OVT道集信號(hào)都有基本已知的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，信噪分離變得更易實(shí)現(xiàn)，因此OVT域壓制噪聲和振幅一致性處理效果都好于炮、檢、CMP域。此外，一個(gè)OVT道集基本覆蓋全三維工區(qū),每個(gè)道集內(nèi)道數(shù)是傳統(tǒng)炮檢域道數(shù)的數(shù)十倍,隨著樣本數(shù)的增大,基于統(tǒng)計(jì)效應(yīng)的各種隨機(jī)噪聲壓制方法，一般也能取得比傳統(tǒng)炮檢域更好的效果。與此同時(shí),OVT道集上地震道的物理位置更易確定,容易實(shí)現(xiàn)分區(qū)處理,且地震振幅能滿足緩慢變化的假設(shè),OVT片域的剩余振幅補(bǔ)償也是很好的選擇。疊前數(shù)據(jù)分選到OVT域后,可以采用各種傳統(tǒng)的共偏移距偏移方法進(jìn)行偏移成像，包括時(shí)間偏移和深度偏移。對(duì)所有的OVT道集逐個(gè)進(jìn)行偏移，獲得每個(gè)OVT道集的零偏移距成像道集，就完成了三維數(shù)據(jù)的OVT域體偏移，將OVG道集切除疊加后就形成了偏移疊加數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的共偏移距偏移的差別在于,共偏移距偏移沒有考慮方位各向異性現(xiàn)象,將相同偏移距不同方位角的所有地震道組合在一起進(jìn)行偏移,從而丟失了數(shù)據(jù)中包含的方位各向異性信息，而OVT域偏移，輸入偏移的每個(gè)OVT道集有特定的偏移距和方位角，每個(gè)OVT道集獨(dú)立偏移后，輸出的成像道集就是特定偏移距和方位角的地震響應(yīng),因此含有方位各向異性信息。圖2a為圖1工區(qū)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)的共偏移距偏移的CRP道集，圖2b為相同數(shù)據(jù)的OVG,兩種方法使用了相同的偏移速度,使用了偏移參數(shù)完全一樣的Kirchhoff積分法偏移。兩種方法得到的道集總體趨勢(shì)一致,但局部細(xì)節(jié)存在差異，如：①共偏移距偏移的CRP道集的偏移距基本等間隔,每個(gè)偏移距只有一道，而OVG的偏移距不等間隔相同偏移距內(nèi)有多道不同方位角的道;②共偏移距偏移基本校平，而OVG在總體道集校平的趨勢(shì)下部分道集不平;③兩種方法輸出的CRP道集覆蓋次數(shù)在一般情況下也不相同,共偏移距偏移輸出覆蓋次數(shù)由用戶確定的偏移距分組情況確定,而OVT域偏移則近似等于疊加覆蓋次數(shù)。圖1b中的紅線為一條螺旋線,OVT片號(hào)沿螺旋線從小到大逐漸增大,螺旋線的每圈有相似的偏移距,螺旋線每旋轉(zhuǎn)一圈,方位角360°循環(huán)一次。圖2c是將圖2b的OVG按照?qǐng)D1b螺旋線標(biāo)示的OVT片號(hào)排列后的顯示，按這種方式顯示的道集稱為OVG螺旋道,通常稱為“蝸牛道”。在圖2c中,隨偏移距（粉色線）的臺(tái)階狀增大,方位角（綠色線）呈周期性變化，明顯可見“蝸牛道”沒有完全校平，仔細(xì)觀察A,A‘和A"3個(gè)不平的點(diǎn)，可見3點(diǎn)具有相同的方位角，即在不同偏移距段上，隨著方位角的循環(huán)往復(fù),道集扭曲呈現(xiàn)規(guī)律性變化,在相似的方位角上扭曲趨勢(shì)一致?！拔伵５馈钡闹芷谛圆黄绞欠轿桓飨虍愋缘谋憩F(xiàn)，說明了地震速度和T0反射時(shí)間與方位角相關(guān)。依據(jù)寬方位數(shù)據(jù)的OVG的這種特征研究地震各向異性，是OVT域偏移的主要用途之一。依據(jù)“蝸牛道”上T0反射時(shí)間隨方位角的變化特征,不僅可以計(jì)算出TTI各向異性參數(shù),進(jìn)行各向異性偏移以改善地震成像效果[5],還可以分析方位各向異性現(xiàn)象,以預(yù)測(cè)裂縫分布密度和走向[6,13-14],這是目前國際上OVT處理一個(gè)重要研究和應(yīng)用的方向。由于方位各向異性的影響，即使使用準(zhǔn)確的速度和適用的偏移方法,OVG也不能完全校平，這將對(duì)偏移疊加的成像效果和AVO反演造成很大的影響，校平OVG“蝸牛道"是OVT偏移必不可少的環(huán)節(jié)。在各種道集校平的方法中,NRM是目前較常用的一種［14］。該方法使用的是類似于照片拼接的圖形圖像處理技術(shù)。當(dāng)要把兩張或多張照片拼接成一張寬畫幅照片時(shí),在照片重疊區(qū),同一景物的兩張照片之間,盡管宏觀輪廓基本相近,但由于拍攝角度和拍攝時(shí)間存在細(xì)微差別,照片間存在形狀拉伸和色彩偏差,需要對(duì)照片重疊區(qū)進(jìn)行匹配處理,以消除這種細(xì)微成像差異。校正方法是對(duì)同一景物的兩張照片的每個(gè)像素進(jìn)行相關(guān)匹配,計(jì)算出兩張照片間的成像形態(tài)差異,選取其中的一張照片作為參考和標(biāo)準(zhǔn),將另外一張照片的形狀進(jìn)行拉伸,色彩進(jìn)行校正,使兩張照片實(shí)現(xiàn)完全拼接。OVG校平原理與此類似。每個(gè)OVT道集有特定的OVT號(hào)，也有特定的方位角和偏移距，近似于一個(gè)單次覆蓋剖面,相當(dāng)于是對(duì)地質(zhì)體的一次拍攝,偏移數(shù)據(jù)刻畫的地質(zhì)形態(tài)就是照片的景物輪廓,地震振幅值相當(dāng)于照片的色彩像素值。照片拼接需要校正由于拍攝角度差異造成的光學(xué)成像誤差,達(dá)到在不同拍攝角度使同一景物成像一樣的目的，而NRM則要校正不同OVT號(hào)間由于觀測(cè)方位角和偏移距差異造成的地震各向異性成像差異，達(dá)到在不同OVT號(hào)之間獲得相同地質(zhì)結(jié)構(gòu)的目的。NRM的實(shí)現(xiàn)過程如下。對(duì)OVG按CMP號(hào)分選，切除遠(yuǎn)偏移距動(dòng)?；儙Вコ啻尾ê蟑B加，將疊加數(shù)據(jù)作為NRM的參考數(shù)據(jù)滲考數(shù)據(jù)中的振幅看成三維像素，記為Sref(x,y,乙T)(變量x,y,z表示空間坐標(biāo),T表示兩塊采集數(shù)據(jù)之間的時(shí)移)。對(duì)某個(gè)OVT號(hào)的OVG單次覆蓋偏移數(shù)據(jù),每個(gè)振幅值的三維像素記為S(x,y,z,T),與Sref(x,y,z,T)進(jìn)行比較,搜索出Sref(x,y,z,T)中的每個(gè)樣點(diǎn)在S(x,y,z,T)中對(duì)應(yīng)的位置，計(jì)算出位移場(chǎng)d(x,y,z,T),位移場(chǎng)表征了由S(x,y,z,T)經(jīng)過怎樣的拉伸變形得到Sref(x,y,z,T)。最嚴(yán)格的搜索和計(jì)算位移場(chǎng)過程應(yīng)該在x和y方向同時(shí)進(jìn)行，但為簡(jiǎn)單起見,并減少運(yùn)算量，目前一般只局限于Inline剖面，忽略了刈ne,位移場(chǎng)d表示為：如果位移場(chǎng)不是樣點(diǎn)的整數(shù)倍時(shí),可以通過線性插值得到,圖3a是圖2b的道集所在的Inline線的位移場(chǎng)。對(duì)位移場(chǎng)進(jìn)行編輯,刪除不正常的高頻變化。位移場(chǎng)估算時(shí)應(yīng)用了一種多解梯度技術(shù),位移場(chǎng)只是計(jì)算了兩個(gè)數(shù)據(jù)體之間像素的位置差異,有位移場(chǎng)相鄰像素間差異不大的假設(shè)條件,如果差異較大,則需要進(jìn)行編輯。數(shù)據(jù)處理中各種方法都可以用來編輯,比如平滑、大振幅剔除等。最常用的方法是低通濾波和中值濾波等。圖3b是圖3a位移場(chǎng)經(jīng)過編輯后得到的可直接應(yīng)用的位移場(chǎng)。利用經(jīng)過步驟3)優(yōu)化后的位移場(chǎng)，對(duì)OVG數(shù)據(jù)的所有樣點(diǎn)進(jìn)行校正。校正前、后的樣點(diǎn)值滿足：式中:S(x,y,z,T)和Sm(x,y,z,T)分別表示校正前、后的數(shù)據(jù)，可知，校正過程僅僅是對(duì)地震樣點(diǎn)位置的移動(dòng)。逐一對(duì)所有OVT號(hào)的OVG單次覆蓋數(shù)據(jù)重復(fù)步驟1)至步驟4)的過程，完成所有OVG單次覆蓋的NRM校正，并將校正后的道按CMP號(hào)分選，得到校平后的CRP道集。圖2d是圖2b的道集經(jīng)過上述校平處理后的CRP道集,對(duì)比可見消除了方位各向異性的影響,道集明顯平坦，可以提交解釋人員用于AVO反演。由于OVG上每道都有特定的方位角，因此，也可以用于AVAZ分析或基于振幅的方位各向異性研究。進(jìn)一步將CRP道集切除疊加，就可以得到偏移疊加的成像數(shù)據(jù)，顯然，與步驟1)中用作參考數(shù)據(jù)的疊加數(shù)據(jù)相比,經(jīng)過步驟5)處理后的道集更平,能得到信噪比更高的成像數(shù)據(jù)。應(yīng)用本文所述的方法,對(duì)中國東部某工區(qū)的一塊全方位三維數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)際處理。圖4a為圖2b的道集疊加結(jié)果，圖4b是圖2d經(jīng)過道集校平處理后的疊加結(jié)果，可見經(jīng)過道集校平后,信噪比明顯提高,斷層清晰,成像效果明顯得到了改善。圖5a是本區(qū)分方位角疊加疊后裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果利用的是圖2d中OVT偏移且經(jīng)過OVG校平后的道集,將道集按方位角分成6個(gè)方位分別疊加,利用分方位疊后相干曲率、傾角等屬性融合方法,可以分別預(yù)測(cè)6個(gè)方位裂縫走向和密度，圖5a為6個(gè)方位中的一個(gè),根據(jù)6個(gè)方位裂縫屬性之間的差異,可定性確定裂縫發(fā)育特征。圖5b是利用圖2c道集完成的基于疊前分方位角道集的疊前裂縫預(yù)測(cè)圖，利用OVT道集，構(gòu)建了各向異性、各向同性梯度，進(jìn)行AVAZ分析，估算了裂縫密度和走向。圖5c是綜合圖5a和圖5b完成的裂縫強(qiáng)度及走向預(yù)測(cè)展布圖，分布方向與地質(zhì)構(gòu)造相符,預(yù)測(cè)裂縫密度與井統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有較好的一致性,證明了OVT偏移道集用于裂縫預(yù)測(cè)的有效性。OVT是一種新穎的疊前數(shù)據(jù)的編排方式，對(duì)于寬方位地震數(shù)據(jù)，在OVT域進(jìn)行噪聲壓制、振幅均衡、數(shù)據(jù)規(guī)則化等，可改善處理效果，且OVT域偏移結(jié)果含有方位各向異性信息,是寬方位三維地震數(shù)據(jù)的有效處理技術(shù)。OVG道集各向異性的典型表現(xiàn)形式是“蝸牛道”，采用NRM技術(shù)可有效校平道集,改善成像效果，提高AVO分析精度。依據(jù)“蝸牛道”上T0反射時(shí)間隨方位角的變化特征,計(jì)算出TTI各向異性參數(shù)，通過TTI各向異性偏移校平道集,改善道集和成像質(zhì)量，是OVT處理的發(fā)展方向?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】張保慶，周輝，左黃金，等?寬方位地震資料處理技術(shù)及應(yīng)用效果J].石油地球物理勘探,2011,46(3):396-400ZHANGBQ,ZHOUH,ZUOHJ,etal.Wideazimuthdataseismicprocessingtechniquesandtheirapplications[J].OilGeophysicalProspecting,2011,46(3):396-400VERMEERGJO.Creatingimagegathersintheabsenceofpropercommonoffsetgather[J].ExplorationGeophysics,1998,29(4):636-642CARYPW.Common-offset-vectorgather:analternativetocross-spreadsforwide-azimuth3-Dsurveys[J].ExpandedAbstractsof69thAnnualInternatSEGMtg,1999:1496-1499STARRJ.Methodofcreatingcommon-offset/common-azimuthgathersin3Dseismicsurveyandmethodofconductingreflectionattributevariationanalysis:6026059[P].2000-02-15[5]JENNERE,WILLIAMSM,DAVIST.Anewmethodforazimuthvelocityanalysisandapplicationtoa3Dsurvey,Weyburnfield,Saskatchewan,Canada[J].ExpandedAbstractsof71stAnnualInternatSEGMtg,2001:102-105[6]WILLIAMSM,JENNERE.Howimportantiseffectofazimuthanisotropyin3Dseismicdata?Enhancingdataqualityandextendingthepotentialofthe3Dinterpretation[J].ExpandedAbstractsof71stAnnualInternatSEGMtg,2001:126-128[7]CARYPW,LIX.Aregularizedapproachto3-Dprestacktimemigration[J].CSEGNationalConvention,2005:141-144[8]VERMEERGJO.3Dseismicsurveydesign[M].NewYork:SocietyofExplorationGeophysicists,2002:1-369[9]VERMEERGJO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