基于拉伸率的3DVSP道集切除技术及应用

张 洁

(中国石化石油物探技术研究院，江苏 南京 211103)

0 引言

三维VSP技术采用类似地面地震的地面布置激发点，检波器在井中接收地震信号，弥补了二维VSP资料成像不能充分描述三维地质体的不足，为解决储层精细构造、储层描述和储层预测等提供了更大的潜力。三维VSP资料处理过程中的动校正拉伸问题在一定程度上影响着3DVSP资料最终成像质量。消除动校正拉伸影响对于改善3DVSP地震数据分辨率、提高地震数据保真度具有十分重要的意义。

在国外，Dunkin和Levin[1]是最早注意到动校正拉伸的，他们推导出一种分析关系来解释因动校正、速度和炮检距而引起的频谱变化；Rupert等[2]提出了称作BMS(整体搬家法)的动校正方法，该方法根据同相轴的分布交错划分一系列数据块，对不同的块实行静态平移，然后对平移后的块进行合并。在国内，崔宝文等[3]提出了频谱代换无拉伸校正方法，该方法采用将CMP道集变换到频率域，用零炮检距道的相位谱替换其他道的相位谱，并保留振幅谱，以此达到消除动校正拉伸畸变的目的；孙成禹等[4]提出了无拉伸畸变动校正方法，该方法将近炮检距道进行常规动校正叠加作为标准道，对地震道每个时间点进行初次校正，计算校正后数据与标准道数据互相关系数，更新校正量，以此实现无拉伸畸变校正。此外，还有另外一些方法[5-9]。频谱代换无拉伸动校正方法虽然能很好保留高频成分，有效保持了地震资料的分辨率，但是会改变地下地层真实位置信息，在实际应用中有很大局限性。无拉伸畸变校正方法对于含有一定噪声的数据效果较好，但随着信噪比降低，叠加波形中同相轴之外的相干噪声能量增强，还需先进行叠前去噪。

目前处理动校正拉伸的主要方法是切除处理，将浅层地震资料因拉伸严重几乎完全或者大部分切除掉[10-18]。但是面临如何有效确定切除区域问题，从而影响资料处理效率。本文提出了基于拉伸率叠前道集切除法，针对3DVSP资料共检波点道集在不同深度、不同偏移距处拉伸效应表现差异，推导了3DVSP观测系统的反射波拉伸率，通过计算道集中每一点的拉伸率，对拉伸率过大的点进行切除，减少拉伸效应对叠加成像的影响。实际资料处理测试证明了方法的可行性。

1 方法原理

VSP观测方式采用地面激发，井中接收。设反射层深度为z，检波点距离井口深度为h，激发点到井口的水平距离为s，激发点到反射点的水平距离为d，反射点到井口的水平距离为x，检波点到反射层的垂直距离为l，如图1所示。

图1 变偏VSP炮检关系示意Fig.1 Diagram of the relationship between shot point and detection point of variable offset VSP

则有：

(1)

而，

(2)

联立式(1)和式(2)，得到反射点偏移距x为：

(3)

(4)

式中，若s为最大炮检距，则x对应为反射点最大偏移距。从反射点最大偏移距关于深度的偏导数可看出(式(4))，对于某一级检波点，反射点最大偏移距是深度的单调递增函数，成像区域由不同深度的最大偏移距包围构成，如图2所示。

图2 某一节检波点的VSP成像区域Fig.2 VSP imaging region of one detection point

对VSP观测系统成像区域进行网格剖分，假设某网格内有M组炮点和检波点组合的反射点，则称该网格覆盖次数为M。定义动校正后波形长度与动校正前波形长度的比值为拉伸率。

设炮检距s处地震记录上的两个时间t和t+Δt，经过动校正后,分别校正到t0和t0+Δt0，则拉伸率为：

(5)

令Δt0→0，得到瞬时拉伸率为：

(6)

对于VSP观测系统，反射波时距曲线表示为：

(7)

式中，v为地层层速度即为动校正速度，t0为双程垂直旅行时。将式(7)代入式(6)中可以计算该处动校正拉伸率为：

(8)

(9)

考虑2z=vt0，推导得出最终的3DVSP拉伸率为：

(10)

2 应用实例

2.1 理论模型分析

从推导出的拉伸率公式可以看出，3DVSP拉伸率大小与炮检距s、目的层深度z、检波点深度h之间相互关联。图3展示了对于某一深度目的层，检波点接收深度分别为100、300、500、700、900 m，炮检距从100 m变化到2 000 m时的子波拉伸率。可以看到，随着检波点接收深度增加，拉伸率与炮检距呈正相关。图4展示了对于某一接收深度，炮检距分别为500、1 000、1 500、2 000、2 500 m，目的层深度从2 000 m变化到4 000 m时的子波拉伸率。可以看到，随着炮检距增加，拉伸率与目的层深度呈反相关。

图5为模拟采用子波为Ricker子波，主频为40 Hz,时间采样间隔为1 ms，动校正拉平后的60次覆盖共CDP道集。计算子波拉伸率(图6)，随着炮检距增加，子波拉伸逐渐增大。对拉伸率超过1.2的道集进行切除后叠加，与未经过切除的叠加道集频谱比较，从图7中可以看出，切除后道集主频在28 Hz左右，较切除前叠加道集主频26 Hz有明显提高。

图3 不同接收深度时，炮检距与拉伸率关系示意Fig.3 The relationship between offset and tensile ratio at different receiving depth

图4 不同炮检距时，目的层深度与拉伸率关系示意Fig.4 The relationship between target depth and tensile ratio at different offset

图5 动校拉平后的共CDP道集Fig.5 The CDP gather with dynamic correction

图6 共CDP道集拉伸率Fig.6 CDP gather tensile ratio

图7 切除前后频谱对比Fig.7 Spectral comparison before and after excision

2.2 含噪声模型分析

为了分析随机噪声对道集拉伸切除方法的影响，分别对模型加入5%、10%、20%三种不同强度随机噪声,同样采用对拉伸率超过1.2的道集切除，对比分析切除前后叠加道集频谱。从频谱分析对比图看出，含5%和10%强度随机噪声记录，切除前后频带宽度相当，切除后叠加道集主频相较于切除前有明显提高(图8、图9)。含20%强度噪声记录，对拉伸率超过1.2的道集进行切除，受随机噪声强度影响，切除后叠加道集频谱改善不明显(图10)。降低拉伸率切除阈值为1.0后，切除后道集频谱有了一定改善(图11)。由此看出，不同信噪比资料对拉伸率切除阈值要求不同，需要综合考虑保持频宽和提升主频两个因素，进行不同拉伸率切除参数试验，选择合适的切除拉伸率。

图8 含5%强度随机噪声CDP道集(a)及切除前后频谱对比(b)Fig.8 Containing 5% intensity random noise CDP channel set(a) and spectral comparison before and after excision(b)

图9 含10%强度随机噪声CDP道集(a)及切除前后频谱对比(b)Fig.9 Containing 10% intensity random noise CDP channel set(a) and spectral comparison before and after excision(b)

图10 含20%强度随机噪声CDP道集(a)及切除前后频谱对比(b)Fig.10 Containing 20% intensity random noise CDP channel set(a) and spectral comparison before and after excision(b)

图11 拉伸率超过1.0道集切除前后频谱对比Fig.11 Spectral comparison before and after the resection of the tensile ratio exceeding 1.0

2.3 实际资料应用

为了进一步分析基于拉伸率道集切除技术在实际资料中应用，选取某东部地区3DVSP资料作为试验数据，最大偏移距约为1 500 m左右，检波器技术14级，检波器接收深度为800～930 m。经过常规处理后获得共检波点道集。经过拉伸率参数试验，切除拉伸子波的同时尽量保留浅层子波信息，选取对拉伸率超过1.4的道集进行切除，降低子波拉伸对叠后资料分辨率影响。经过偏振分析、静校正、上下行波分离等简单常规处理后的共检波点道集。在共检波点道集上进行道集切除，图12显示了切除前后的共检波点道集对比。远偏移距道集切除后前后差异较大。

为了对比分析拉伸切除效果，先对该区实际地质情况进行了解。图13为经过处理人员精细处理后的该区3DVSP叠前时间偏移成像剖面嵌入地面地震剖面的资料展示。可以看到，该区中浅层地层相对平缓，VSP成像边界没有陡倾构造。采用本文提出的拉伸率切除方法对拉伸道集切除后的CDP叠加成像，与未进行拉伸切除的CDP叠加道集对比，如图14所示。在进行拉伸道集切除后的CDP叠加剖面上，浅层两翼下拉道集假象得到明显改善，水平同相轴连续性更强，更符合该区地层实际走向。

3 结论

本文提出了一种基于拉伸率的3DVSP道集切除方法，该方法通过计算共检波点道集中每一点拉伸率，对拉伸率过大道集进行切除，可以有效降低拉伸效应对叠加成像影响，提高资料质量。理论模型与实际资料的处理结果表明，这种切除方法操作简单有效，能够在实际3DVSP资料处理中推广应用。

图12 共检波点道集切除前(a)和切除后(b)Fig.12 Common receive gather before(a) and after(b) resection

图13 三维VSP叠前时间偏移成像剖面Fig.13 3D VSP prestack time migration imaging profile

图14 切除前(左)和切除后(右)的CDP叠加剖面Fig.14 CDP image gather before (left) and after (right) resection