宽方位角采集、处理研究

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1、宽方位角采集、处理研究 吴琳 高军凌 云 ( 东方地球物理有限公司凌云研究组，河北涿州0 7 2 7 5 0 ) 摘要 本文通过对中国西部某宽方位角采集资料的实例研究，比较详细的分析了在各项同性介质及v T I 各 向异性介质条件下宽、窄方位角3 D 地震资料的成像能力，并通过提取不同方向的窄方位角资料与全方位资料 的对比分析，发现宽、窄方位角资料在振幅成像、相干资料体和相位等方面存在较大差异，本文认为宽方位 角地震勘探对于开展岩性和方向性断裂研究具有十分重要的意义。 引言 由于海底电缆( O B C ) 采集技术的发展，宽方位角采集在海洋勘探中得到了广泛的应用。近年来随 着地震勘探硬设备的逐

2、步发展，地震采集道数已从原来的几百道发展为几千道，甚至几万道，使陆上复 杂采集观测成为可能。目前在中东地区陆宽方位角采集已经被广泛使用，并收到了较好的应用效果。 对于应用宽方位角进行地震勘探，人们也提出了许多不同的看法：参考文献【1 】指出：地球是各向 异性的，在各向异性介质的影响下纵波信息变化明显，有利于各向异性储层信息的提取。参考文献【2 】 认为：宽方位角采集在横向( c r o s s l i n e ) 的覆盖次数高，具有比窄方位角好的横向耦合性，因此宽方 位角比窄方位角更容易跨越地表障碍物和地下阴影带；在方向各向异性介质条件下，宽方位角勘探振 幅随炮检距和方位角的变化( A V O

3、 A ) 更具有识别方向裂隙的能力；宽方位角比窄方位角的成像分辨 率更高；由于宽、窄方位角在炮点和检波点的空间采样特性不同，宽方位角成像的空间连续性优于窄 方位角；宽方位角有利于衰减相干噪声；宽方位角在衰减多次波的能力方面比窄方位角强。然而也 有人认为：存在方位角( 各向异性) 速度影响问题；存在全三维地震( 各向异性) 处理能力问题； 宽方位角的实际勘探效益问题等。关于速度和处理成像方面，参考文献【3 】认为：早期由于方向各向异 性的影响，人们认为窄方位角好；但现在方位角各向异性的现象逐步被人们认识，从而宽方位角地震勘 探可以提供更多的储层信息。从近几年地震技术的发展看，基于纵波的方向各向异

4、性地震勘探采集、处 理和解释技术已基本成熟。从实际勘探的经济效益来看，随着采集道数的增加、陆上大吨位可控震源的 应用及微机群的使用，陆上宽方位角采集费用将会逐步减少，因此，宽方位角地震勘探将在岩性储层和 裂缝储层勘探中发挥重要的作用。 理论分析 参考文献【4 】认为：尽管岩层或裂隙的尺度小于地震波长，但我们仍能观测到宏观各向异性的效应， 这个效应在实际中是存在的。参考文献【5 】给出了实际岩石物理测试各向异性的特性，同时推导了各向 异性理论，并给出了弱各向异性的成像公式。显然实际中存在各向异性( ) 介质的影响。虽然过国内 外许多文章对宽方位角地震勘探进行了诸多有意义的讨论。但为使读者进一步了

5、解宽方位角在地震勘探 中的理论问题，本文将根据如下几方面的问题进行详细讨论。 宽、窄方位角采集观测系统分析 宽、窄方位角观测系统的差别如图1 a 、图1 b 所示，比较图1 a 和图l b 可以看出，窄方位角炮检距 的方向主要集中在沿测线( I n l i n e ) 的较窄方位上，而宽方位角则在全方位上具有炮检距对( 激发和接 收) ；宽、窄方位角的采集观测系统玫瑰图如图1 c 和图1 d 所示，它们也反映了宽、窄方位角炮检距的 方向存在不同；宽、窄方位角勘探的方位角与炮检距关系如图2 a 和图2 b 所示。通常宽、窄方位角的定 义是：当纵、横比大于0 5 时，为宽方位角采集观测系统；小于0

6、 5 时，为窄方位角采集观测系统。从 图2 a 可以看出，该观测系统的纵、横比为0 3 8 ，为窄方位角观测系统；图2 b 的纵、横比为0 6 2 5 ，为 宽方位角观测系统。 图h 窄方位角观测示意图图l b 宽方位角观测示意图 图l c 窄方位角采集玫瑰图图图1 d 宽方位角采集玫瑰图 图2 I 窄方位角与炮检臣关系图图2 b 宽方位角与炮检臣关系 图2 c 一对激发和接收点 的叠前3 D 成像轨迹 图2 d 一对激发和接收点 的叠前2 D 成像轨迹 各向同性介质条件下。宽、窄方位角分析 1 方位速度变化的影响分析 当勘探地质目标上覆地层满足各向同性或V 耵介质假设条件时，我们所面临的问题

7、是：在各向同 性和V T I 介质条件下，宽方位角处理成像是否存在方向速度变化的影响? 当勘探地质目标上覆地层为 水平层状介质时，各向同性和V 1 1 介质不会产生方向速度的差异。在勘探地质目标以构造项为主的各 向同性介质时，在水平叠加( N M O ) 理论条件下，存在三参量( 方位角和地层倾角) 速度问题。但由 于三维D M O 、三维叠前时间偏移、三维叠前深度偏移成像技术迅速向常规处理的转化，使得在各向同 性或介质的条件下，宽方位角资料的三维叠加成像技术中不存在像水平叠加( N M O ) 理论一样的 三参量速度影响问题，即三维D M O 速度、三维叠前时间偏移速度、三维叠前深度偏移速度

8、处理在全方 位角资料条件下不存在方位角和地层倾角的影响问题。 2 成像能力分析 叠前地震成像( 三维D M O 、三维叠前时间偏移、三维叠前深度偏移) 技术主要是为了解决复杂构 造成像问题而逐步发展和完善起来的。在各向同性均匀介质条件下，三维D M O 和三维叠前时间偏移发 挥着重要的作用；在各向同性非均匀介质条件下，叠前深度偏移发挥 着不能替代的作用。我们知道无论什么样的偏移算法，都可以近似地看作是在以一对炮点和检波点对为 焦点的半椭球体( 等时面) 上的偏移处理，如图2 c 所示。从图2 c 不难看出，对于任何炮点和接收点对 而言，该半椭球体的长轴总是在炮点和接收点的联线方向上。这表明对于

9、一对炮点和接收点对来说存在 成像的方向性，即在纵向( I n l i n e ) 具有精确的偏移成像能力( I n l i n e 方向要垂直构造走向) ，而在横向 ( C r o s s l i n e ) 只能实现叠后三维偏移的成像。因此，在断裂和裂隙发育地区，采用宽方位角地震勘探是 十分有益的。 由于激发后的地震波是沿地下半空间传播开来，因此在各向同性和均匀介质的条件下，它形成一个 半球状的波前面。当这个波前面遇到一个波阻抗( 岩性) 变化点时，根据惠更斯原理可视为一个新的点 震源向外( 球体) 传播，当它返回地表时为一个圆形的等时面。当我们采用窄方位观测时，只能在一个 较窄的条带上接收

10、该波场，接收到的也只能是其中一部分反射地震波的能量( 如图1 a ) ，再加上成像处 理的方向性影响，势必无法满足振幅的成像恢复。然而在宽方位角采集条件下，可以获得比较全的地震 波场( 如图1 b ) ，再通过全三维成像处理技术就能够获得好的振幅成像信息。由此可见，宽方位角地震 勘探必将是岩性和裂隙储层勘探的主要方法。 3 压制干扰能力的分析 在地震勘探中，近地表散射干扰是一种用简单的去噪方法很难压制的干扰波。此干扰波在二维空间 观测时具有很复杂的二维特点，但在三维上观测时并不复杂，与地下正常的散射波并没有什么两样。因 此，只要能在三维空间上( 宽方位角) 接收并应用三维成像理论去处理，这类干

11、扰波是可以收敛并不难 消除的。因此，宽方位角采集加上三维成像处理技术有利于压制近地表散射干扰。 各向异性( T 1 ) 介质条件下，宽、窄方位角分析 在地表进行地震采集时，各向异性( T I ) 介质可以分为任意倾角( 构造) 各向异性介质、V 各向 异性( 图3 a ) 介质和H T I 各向异性介质( 图3 b ) 。下面逐一分析它们对地震勘探的影响。 图3 a 各向异性介质示意图图3 bI - I T I 各向异性介质示意图 图3 cV T I 各向异性射线 和速度关系示意图 图3 dV 各向异性引起常 规N M O 动校问题 1 任意倾角时各向异性介质的影响 通常对于以构造为主的勘探地

12、区( 如山地勘探) ，当存在各向异性介质问题时，地震速度的求取和 地震波的成像将受到直接影响。在这种条件下，如没有井信息的帮助，仅用地震信息难以获得正确的地 9 8 震成像结果；只有在已知各向异性参数时，才有可能获得正确的地震成像结果。因此在类似地区进行窄 方位角勘探时，必须充分考虑垂直构造走向的三维采集设计，否则将难以消除由于任意倾角而造成的各 向异性速度变化和成像误差的影响。 2 V T I 各向异性介质( 图3 a ) 的影响 V T I 各向异性介质对地震勘探的影响最小，不存在方向速度变化的影响，但当采用各向同性成像理 论处理时，将存在射线路径的差异( 如图3 c 所示) ，从而会引起

13、速度和成像道集的校正和成像误差问题 ( 图3 d 所示) o 但现在人们对这类问题已经有了较深的认识，并在处理软件中相应地考虑了V 1 1 成像 的处理( 见参考文献嘲的讨论) 。由于宽方位角地震勘探的振幅成像和压噪能力优于窄方位角，所以对 于岩性油气田勘探，宽方位角比窄方位角勘探具有更好的勘探效果。 3 H T I 各向异性介质( 图3 b ) 的影响 在裂缝储层和断裂带地区经常存在明显的H T I 各向异性影响，主要表现为存在方向速度差异、方 向振幅差异、方向反射波形和相位差异。当采用窄方位角勘探时，在观测方向( I n l i n e ) 与裂缝或断裂 平行时将严重影响勘探效果。如果采用

14、宽方位角采集将会明显改善勘测裂缝的能力。特别是正确利用方 向速度差异、方向振幅差异、方向反射波形和相位差异可以获得更多的裂缝储层信息，从而达到帮助设 计水平钻井和开采的目的。 实际宽、窄方位角勘探能力分析 以上对宽、窄方位角进行了比较详细的 理论分析，下面将通过西部地区的一个勘探 实例来分析宽、窄方位角勘探的对比效果。 该勘探地区的地质目标位于小角度单斜构 造部位，存在较大的空间岩性变化，并存在 断裂或裂缝影响。采用的采集观测系统参数 如图1 d 和图2 b 所示，纵、横比为0 6 2 ，覆 盖次数为1 0 0 次。我们采用相同的处理流程 及处理参数( 如图5 所示) ，经严格的保真 高分辨率

15、处理后，抽取0 0 、4 5 0 、9 0 0 和 1 3 5 0 相同覆盖次数的窄方位C M P 道集 ( 如图4 所示) ，可以发现，不同窄方位角 的C M P 道集问存在明显的子波和信噪比 差异，其中4 5 0 和1 3 5 0 窄方位角道集之 间的差异最大。这一现象表明该地区存在 断裂带或裂隙的方向性影响。 显然，断裂带和裂隙也会引起成像速度 随方向的变化，图5 给出了以上四个不同方 向的窄方位角资料的速度分析结果。通过严 格的速度信息拾取，该地区的方位角速度差 异在深度为2 7 2 0 2 7 6 0 m 之间，当速度为 2 7 0 0 m s 时，均方根速度随方向的变化差异 仅为1

16、 0 0 m s ，此速度差异在人为拾取速度 的误差范围内。因此，在各向异性和 介质条件下，宽方位角勘探不存在速度影 响问题。 图4 不同方位角C M P 道集数据 图5 不同方位角速度谱 为进一步了解不同窄方位角资料间的地震信息差异，并沿( W 1 ) 层进行了不同方位角相干资料体的 对比分析( 如图6 所示，覆盖次数相同) 。从图6 可以看出，4 5 0 窄方位的相干资料体( 图6 a ) 和1 3 5 0 窄方位的相干资料体( 图6 b ) 在分辨储层信息方面存在明显的差异，这表明该地区的断裂或裂隙走向 在4 5 0 方向上。这一现象同时也表明在窄方位角勘探时，如选择的方向正好处于以上沿构造走向时， 将难以获得好的勘探效果。而实际中对于构造走向往往容易确定，对于断裂和裂隙的方向通常是难以确 定的，因此难以获得采集方向的理想设计方案。而对于宽方位角勘探就不会出现类似问题，图6 c ( 全 方位角沿层相干资料体) 和以上的各窄方位角比较可以看出，宽方位角勘探对断裂的识别能力明显提高。 a4 5 度方向相干数据体